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Die Erfindung betrifft allgemein
das Gebiet der Steuerungssysteme und insbesondere Steuerungssysteme
mit Verbindungsmodulen, die Information auf einem seriellen Zeitmultiplexbus übertragen.
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Steuerungssysteme, die einen seriellen
Multiplexbus zur Steuerung wenigstens einer Ausgabeeinheit durch
mehrere Eingabeeinheiten verwenden, sind bereits bekannt. Einige
bekannte Steuerungssysteme verwenden Softwareprotokolle, die computergesteuert
ausgeführt
werden, wobei alle Steuersignaldaten in Multibit-Bytes oder in Paketen
von Multibit-Bytes übertragen
werden. Beispiele derartiger Softwareprotokoll-Steuerungssysteme
sind das „LonWork"-Netzwerk
(local operating network) von der Firma Echelon in Palo Alto, Kalifornien,
der „home
automation system Consumer Electronics Bus" (CEbus) der „Electronic
Industry Association", das „Controller
Area Network" (CAN) der Robert Bosch GmbH in Stuttgart, Deutschland,
und das „World Factory
Implementation Protocol" des WorldFIP Committee's des Research Triangle
Park, North Carolina. Bekannte Softwareprotokoll-Steuerungssysteme
benötigen
in nachteilhafter Weise Multibit-Bytes, üblicherweise 16-Bit-Bytes,
zur Übertragung
lediglich eines Datenbits. Obwohl Softwareprotokoll-Steuerungssysteme
ausgelegt sind, um Multibit-Bytes oder Multibit-Wörter zu übertragen,
sind sie bei der Übertragung
von Multibit-Wörtern
in nachteilhafter Weise 10 bis 100 mal langsamer als Hardwareprotokollsysteme,
wie z. B. dasjenige der Erfindung. Bei den meisten Softwareprotokoll-Steuerungssystemen
besteht das Steuerungsprotokoll aus einer Kopfzeile, der Anzahl
der Wörter
bei der Übertragung,
der Teilnehmeridentifikation, dem Teilnehmerstatus und der Prüfsumme.
Bei den meisten Systemen werden zum Einschalten eines Teilnehmers
eine minimale Anzahl von sechs 8-Bit-Wörtern benötigt. Bei einigen Softwareprotokollsystemen
werden bis zu dreimal so viele Bits benötigt.
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Bei den Softwareprotokollsystemen
ist die Kommunikationsfähigkeit
in nachteilhafter Weise in einem Computer zentralisiert oder punktförmig konzentriert,
der eine Soft ware verwendet, um das Steuerungssystem zu betreiben;
sie benötigen
in nachteilhafter Weise einen Computer, um zu funktionieren, so
dass folglich, wenn der Computer versagt, auch das Steuerungssystem
versagt.
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Andere serielle Multiplexsteuerungssysteme
verwenden einzelne Datenbits, um Steuerungssignale zu übertragen,
wobei bei derartigen Systemen die Kommunikationsfähigkeit über das
gesamte System verteilt, üblicherweise
an jeder Eingabe- und Ausgabestelle, vorgesehen ist. Die meisten
dieser verteilten Einzelbit-Systeme haben Hardwareprotokolle, die
nicht programmierbar sind. Ein Beispiel eines derartigen Einzelbit-Hardwareprotokoll-Steuerungssystems
ist das „Actuator
Sensor Interface" (ASI) des ASI-Vereins e. V., Geschäftsführung Odenthal,
Deutschland. Weitere Beispiele sind in den US-Patentschriften Nr.
4,052,566 und 4,052,567, die am 4. Oktober 1977 auf MacKay ausgestellt
wurden, der US-Patentschrift Nr. 4, 156,112, die am 22. Mai 1979
auf Moreland ausgestellt wurde, der US-Patentschrift Nr. 4,435,
706, die am 6. März
1984 auf Callan ausgestellt wurde, und der US-Patentschrift Nr. 4,682,168, die am
21. Juli 1987 auf Chang et al ausgestellt wurde, gezeigt und beschrieben.
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Hardwareprotokollsysteme verwenden üblicherweise
eine programmierbare Logiksteuerung (PLC), die als ein in Kettenlogik
programmierter Computer aufgeführt
ist. Derartige Systeme haben den Nachteil, dass mehrere Kabelstrecken
erforderlich sind, um die Eingabe- und Ausgabeeinheiten mit einem
Terminal zu verbinden. Die Arbeitsgeschwindigkeit eines PLC-Computers
ist jedoch meistens zu gering, um einen Echtzeitbetrieb zu ermöglichen.
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Die meisten bekannten Einzelbit-Hardwareprotokollsysteme
sind nicht programmierbar; jedoch ist ein Beispiel eines derartigen
Systems, das durch Firmware programmierbar ist, in der US-Patentschrift
Nr. 4,808,994, die am 28. Februar 1989 auf Riley ausgestellt wurde,
beschrieben. Bekannte programmierbare Systeme, wie z. B. das der
zuvor genannten Patentschrift von Riley, erfordern zusätzlich vorgesehene
Anschlüsse
am Modul zum Empfangen von Programmierinformation.
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Bekannte Einzelbit-Hardwareprotokoll-Steuerungssysteme,
wie das der zuvor genannten Patentschrift von Riley, verwenden mehrere
Zeitrahmen, die wiederum in 256 Zeitschlitze unterteilt sind, wobei
jeder Zeitschlitz eine Adresse repräsentiert und jede Eingabe-
und Ausgabeeinheit einer Adresse zugeordnet ist. Die zuvor beschriebenen
Einzelbit-Hardwareprotokollsysteme sind relativ einfach im Vergleich
zu den Softwareprotokollsystemen, sind jedoch nicht in der Lage,
Multibit-Datenwörter
direkt zu verarbeiten. Das Steuerungssystem der zuvor genannten
Patentschrift von Riley kann höchstens
2-Bit-Wörter
direkt verarbeiten. Einzelbit-Hardwareprotokoll-Steuerungssysteme haben den Nachteil,
dass sie durch komplizierte zusätzliche
Schaltkreise modifiziert werden müssen, um Multibit-Datenwörter übertragen
zu können.
Durch diese komplizierten zusätzlichen
Schaltkreise sind jedoch die bekannten modifizierten Einzelbit-Hardwareprotokollsysteme
in nachteilhafter Weise auf eine bestimmte Wortlänge festgelegt. Nach dem Stand
der Technik wird bei den Kanaldaten-Verbindungsmodulen der zuvor
genannten Patentschrift von Riley die Anfangsadresse eines Multibit-Wortes
durch die Adresse von einem der Kanäle bestimmt, wobei jedoch die
Endadresse des Multibit-Wortes in nachteilhafter Weise nicht auswählbar ist.
Der Nachteil besteht darin, dass die Endadresse entweder auf acht
Bits nach der Anfangsadresse, wenn ein Hauptrechner verwendet wird,
oder auf sechzehn Bits nach der Anfangsadresse, wenn kein Hauptrechner
verwendet wird, festgelegt ist.
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Die komplizierte Zusatzschaltung,
die bei bekannten Datenverbindungsmodulen verwendet wird, wird extern
an einen integrierten Hauptschaltkreis am Datenverbindungsmodul
angebracht. Bei der zuvor genannten Patentschrift von Riley erzeugt
der Zusatzschaltkreis während
eines Teils des Zeitrahmens gleich der Anzahl von Bits im Multibit-Wort
ein Taktsignal, welches mit einem System-Mastertaktsignal in Phase
ist. Die Zusatzschaltung ist zwangläufig kompliziert, da dem integrierten
Schaltkreis in nachteilhafter Weise ein Anschluss fehlt, um einen
Schiebetakt-Eingangsimpuls und einen Schiebetakt-Ausgangsimpuls
auszugeben.
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Die bekannten Systeme sind auf 256 Eingabeeinheiten
plus 256 Ausgabeeinheiten beschränkt,
wobei jede Eingabe- und Ausgabeeinheit eine unterschiedliche Adresse hat.
Wenn Einzelbit-Systeme durch die komplizierte Zusatzschaltung für Multibit-Wörter modifiziert werden, wie
z. B. für
16-Bit-Wörter,
können
höchstens lediglich
sechzehn Wörter
durch das System übertragen
werden. Durch das „Multiplexen"
von Rahmen können bekannte
Systeme mehr als sechzehn Wörter übertragen;
jedoch sind beim Multiplexen von Rahmen weiterhin mehrere komplizierte
Zusatzschaltungen erforderlich. Bei bekannten Systemen muss die
Zusatzschaltung ein Multiplex-Taktsignal,
das mit einem Mastertaktsignal in Phase ist, für einen Teil des Rahmens erzeugen.
Es gibt bei integrierten Schaltkreisen von bekannten Datenverbindungsmodulen
keine Einrichtung zum Ausgeben eines Synchronisierungs-Erfassungssignals.
Bei den bekannten Datenverbindungsmodulen fehlt darüber hinaus
ein externer Anschluss am integrierten Schaltkreis des Datenverbindungsmoduls
zum Ausgeben eines Multiplex-Taktsignals. Stattdessen werden monostabile
Multivibratoren mit geringer Toleranz, die zu Ungenauigkeiten neigen,
bei bekannten Datenverbindungsmodulen verwendet, wobei jede geringfügige Abweichung der
Parameter eine Systemstörung
zur Folge haben kann. Bei bekannten Systemen muss der externe Schaltkreis
die Synchronisationserfassung unter Verwendung einer Vorderkanten-Erfassungseinrichtung
mit Impulsunterscheider, die bei hohen Frequenzen störungsanfällig ist,
und einem RC-Schaltkreis mit einer Zeitkonstante, die zur Simulierung
der Rahmendauer ausgewählt
ist, durchführen.
Jedoch ist der relativ teuere RC-Schaltkreis in nachteilhafter Weise
temperaturempfindlich, nicht sync-gesperrt, bei hohen Frequenzen
störungsanfällig, und
kostenaufwendig. Bei den bekannten Datenverbindungsmodulen ist darüber hinaus
nicht ausreichend Platz vorhanden. Der oben beschriebene, komplizierte
Zusatzschaltkreis hat bei bekannten Datenverbindungsmodulen einen
sehr hohen Platzbedarf.
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Integrierte Schaltkreise bekannter
Datenverbindungsmodule haben einen Transistor, der im integrierten
Schaltkreis vorgesehen ist, um zur Bildung eines Signals in Negativlogik
die Datenbusspannung niedrig auszusteuern. Üblicherweise betragen die Datenbusströme in etwa
30 Milliampere und die Datenbusspannungen in etwa 12 Volt. Der interne
Transistor, der zum niedrigen Aussteuern des Datenbusses bei integrierten Schaltungen
der bekannten Datenverbindungsmodule verwendet wird, ar beitet häufig fehlerhaft,
wenn der Datenbusstrom und die Datenbusspannung auf höhere Werte
als üblich,
wie z. B. 50 Milliampere und 16 Volt, ansteigen.
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Steuerungssysteme werden in Umgebungen,
wie z. B. bei Produktions- und Montageanlangen, verwendet und sind
elektromagnetischen Störungen,
statischen und fehlerhaften Impulsen und transienten Spannungen
(im Folgenden allgemein als „Störung" bezeichnet)
ausgesetzt. Die bekannten Datenverbindungsmodule reagieren passiv
auf das Fehlen einer vorübergehenden Übereinstimmung
von Störung
und Signalen, um Störungsüberlagerungen
zu vermeiden. Das Vorhandensein von Störungen kann zur Folge haben,
dass eine Ausgabeeinheit in einem ungünstigen Zeitpunkt anspricht
oder ein Ansprechen fehlschlägt,
wenn die Ausgabeeinheit dies tun soll. Das Verlassen alleine auf
Datensignale, die mit einer Flanke eines Taktimpulses synchronisiert
sind, wurde für
unzureichend befunden, um die Auswirkungen von Störungen auf
ein Steuerungssystem ausreichend zu beseitigen.
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Die bekannten Datenverbindungsmodule
haben einen relativ kleinen Betriebsspannungsbereich, üblicherweise
von neun bis dreizehn Volt, und es ist nicht möglich, die bekannten Datenverbindungsmodule
sowohl bei 12-Volt- als auch bei den häufig verwendeten 24-Volt-Systemen
zu verwenden, ohne extern eine zusätzliche Schaltung zum integrierten
Schaltkreis zum Umwandeln von Spannungen hinzuzufügen.
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Übertragungsverzögerungen
und bestimmte andere Bedingungen können unter bestimmten Umständen beim
Hochfahren ein falsches Ausgangssignal erzeugen, was jedoch vermieden
werden sollte. Die bekannten Systeme reagieren auf Veränderungen
eines Eingangssignals, die innerhalb eines Zeitschlitzes auftreten,
mit der Erzeugung von falschen Ausgangssignalen. Die bekannten Datenverbindungsmodule
erzeugen auch weiterhin ein Ausgangssignal, auch wenn ein Mastertaktsignal
fehlt, so dass die Steuerbarkeit bei derartigen Bedingungen verringert
ist.
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Das Datenverbindungsmodul nach dem
Stand der Technik des zuvor genannten Patents von Riley hat einen
dritten Ausgang, der eine logische Kombination der beiden anderen
Ausgänge
ist. Die Polarität
der anderen beiden Ausgänge
ist wählbar,
je doch kann in nachteilhafter Weise die Polarität des dritten Ausgangs nicht
abhängig
von der Polarität
der anderen beiden Ausgänge
gewählt
werden, so dass weiterführende
Logikfunktionen nicht ohne weiteres ausgeführt werden können.
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Den bekannten seriellen Multiplex-Steuerungssystemen
mit Hardwareprotokollen fehlt ein Schaltkreis, um festzustellen,
ob der Datenbus offen ist oder nicht fortgeführt wird. Derartige bekannte
Steuerungssysteme überprüfen lediglich,
ob der Datenbus kurzgeschlossen ist. Darüber hinaus fehlt den bekannten
Datenverbindungsmodulen ein Schaltkreis zum selektiven Überprüfen der
Fortführung
einer Leitung, die ein einzelnes Modul mit dem Datenbus verbindet,
und zum selektiven Ausschalten eines Moduls, für den Fall, dass die Datenleitung
zu diesem Modul fehlerhaft ist. Die bekannten Steuerungssysteme
verwenden die Taktmodule, um einen Testimpuls während der Sync-Periode auf
den Datenbus zu geben. Anschließend
bestimmt der Schaltkreis der bekannten Taktmodule, ob der Versuch,
einen Testimpuls auf dem Datenbus zu geben, erfolgreich war. Wenn
der Versuch, einen Testimpuls auf dem Datenbus zu geben, fehlgeschlagen
ist, schalten die bekannten Steuerungssysteme den Mastertaktgeber
lediglich ab; jedoch wird durch das lediglich Abschalten des Mastertaktgebers
nicht sofort verhindert, dass Ausgangsmodule weiterhin fehlerhafte
Steuerungssignale an Ausgabeeinheiten übertragen. Darüber hinaus
testen bekannte Steuerungssysteme in nachteilhafter Weise den Zustand
des Datenbusses nur am Taktmodul. Der durch das Taktmodul bei den
bekannten Steuerungssystemen durchgeführte Test bestimmt nicht, und
kann nicht bestimmen, ob eine Datenleistung zu einem einzelnen Datenverbindungsmodul
intakt ist, da bei den bekannten Datenverbindungsmodulen ein zusätzlicher Schaltkreis
zum Empfangen des Testimpulses nicht vorgesehen ist.
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Andere bekannte Systeme auf diesem
Gebiet sind in den Druckschriften GB 1 022 305 (Associated Electrical
Industries),
US 4,431,930 (Montecelli)
und
US 5,001,374 (Chang)
offenbart. Die Druckschrift GB 1 022 305 offenbart ein Zeitmultiplexsystem
mit einem verbesserten Synchronisationsverfahren. Die Druckschrift
US 4,431,930 offenbart ein
digitales Zeit-Rauschfilter, das einen Trigger-Schaltkreis mit einer
Hysterese verwendet, und die Druckschrift
US 5,001,374 offenbart ein digitales
Filter zum Beseitigen von Kurzzeitrauschen und Signalstörungen.
Jedoch wird in keiner dieser Offenbarungen das der vorliegenden
Erfindung zugrunde liegende Problem behandelt und gelöst.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Datenverbindungsmodul für die Verwendung in einem Zeitmultiplex-Steuerungssystem
zu schaffen, durch das die zuvor genannten Probleme bezüglich des Sicherstellens,
dass die empfangenen Daten gültig
sind, gelöst
werden.
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Es wird ein Datenverbindungsmodul
mit einer Einrichtung zum Erzeugen von Ausgangssteuersignalen in
Abhängigkeit
von Eingangssignalen, die an einem Datenbus-Eingangsanschluss im Zeitmultiplexverfahren während eines
bestimmten von mehreren Zeitmultiplex-Zeitschlitzen empfangen werden,
vorgeschlagen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Eingangssignalkonditionierer
vorgesehen ist, aufweisend:
- A. eine Einrichtung,
um einen Zwischendatenimpuls in Abhängigkeit von einem am Datenbus-Eingangsanschluss
anliegenden Eingangssignal, das eine Impulsauslöse-Schwellenspannung übersteigt,
zu erzeugen;
- B. eine Einrichtung, um den Zwischendatenimpuls in Abhängigkeit
von einem am Datenbus-Eingangsanschluss anliegenden Eingangssignal,
das unter eine von der Impulsauslöse-Schwellenspannung verschiedene Impulsbeendigungs-Schwellenspannung
abfällt,
nicht mehr zu erzeugen;
- C. einen Zwischenimpuls-Kontinuitätsprüfer, um festzustellen, ob der
Zwischendatenimpuls bei jedem von mehreren Ereignissen eines Adressen-Zeitschlitzes, der
dem Datenverbindungsmodul zugeordnet ist, noch vorhanden ist, und
- D. eine Einrichtung, die auf dem Zwischenimpuls-Kontinuitätsprüfer anspricht,
um ein konditioniertes Eingangssignal nur zu erzeugen, wenn festgestellt
wird, dass der Zwischendatenimpuls während jedes Adressen-Zeitschlitzes
noch vorhanden ist.
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Weitere Merkmale und Ausführungsformen
der Erfindung sind in den anhängigen
Ansprüchen
festgelegt.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Die zuvor genannten Aufgaben und
vorteilhaften Merkmale der Erfindung werden im Folgenden anhand
der detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben,
in denen:
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1 ein
vereinfachtes Prinzipschaltbild eines Steuerungssystems zeigt, das
bevorzugte Ausführungsformen
der Datenverbindungsmodule der vorliegenden Erfindung verwendet;
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2A und 2B ein zusammengesetztes
Funktionsschaltbild des Schaltkreises einer bevorzugten Ausführungsform
eines integrierten Schaltkreises eines Datenverbindungsmoduls bilden,
der einen Teil der Ausgabemodule und der Eingabemodule bzw. der
Datenverbindungsmodule in 1 bildet;
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3A ein
Logikschaltbild des Signal-Konditionierschaltkreises ist, der dem
Eingang A des Datenverbindungsmoduls in den 2A und 2B zugeordnet
ist;
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3B ein
detailliertes Schaltbild des programmierbaren Hystereseschaltkreises
des Signal-Konditionierschaltkreises in 3A ist;
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4 ein
Logikschaltbild des Funktionsblocks „Einschalt-Rücksetzverzögerung"
in den 2A und 2B ist;
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5 ein
Logikschaltbild der Funktionsblöcke „Eingang
sperren", „Eingabedatensteuerung
Kanal A", „Eingabedatensteuerung
Kanal B" und ein Teil der Funktionsblöcke „Fenstersteuerung" in 2A und 2B ist;
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6 ein
Logikschaltbild des Funktionsblocks „Taktverlusterfassung" in 2A und 2B ist;
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7 ein
Logikschaltbild des Funktionsblocks „Ausgang sperren" in 2A und 2B ist;
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8 ein
Logikschaltbild des Funktionsblocks „wählbarer Datenverifizierer"
in 2A und 2B ist;
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9 ein
Logikschaltbild des Funktionsblocks „Polaritätsunabhängig" in 2A und 2B ist;
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10 ein
Logikschaltbild des Funktionsblocks „Mode/Sync-Ausgang" in den 2A und 2B ist;
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11 ein
Logikschaltbild des Funktionsblocks „Multiplexadressentakt oder „MUX CLOCK"
des Datenverbindungsmoduls in 2A und 2B ist;
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12 ein
Logikschaltbild des Funktionsblocks „Programmsteuerung" in den 2A und 2B ist;
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13 ein
Logikschaltbild des Funktionsblöcke „Worterweiterungseinrichtung", „Modussteuerung" und
einen Teil des Funktionsblocks „Festersteuerung" in 1 ist, um den Aspekt des
Schiebetakteingang und des Schiebetaktausgang der vorliegenden Erfindung
zu zeigen;
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14 ein
vereinfachtes Schaltbild eines Datenverbindungsmoduls ist, das ein
Logikschaltbild des Funktionsblocks „Datenbussteuerung" in 2A und 2B und einen durch den „Datenbussteuerungs"-Ausgang in
den 2A und 2B gesteuerten Transistor
zeigt;
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15 ein
vereinfachtes Blockschaltbild eines Datenverbindungsmoduls in 1 ist, das als ein Ausgabemodul,
das das Multiplexverfahren zeigt, verwendet wird;
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16 ein
vereinfachtes Blockschaltbild eines Datenverbindungsmoduls ist,
das einen Datenbus-Integritätsüberprüfer, den
integrierten Schaltkreis des Datenverbindungsmoduls und zwei 16-Bit-Schieberegister für eine 16-Bit-Wortadressierung
zeigt;
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17A–17B und 17C–17C zusammengesetzte Zeitdiagramme bilden,
die das Mastertaktsignal in Bezug auf verschiedene andere Signale
zeigen;
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17E ein
vergrößerter Teil
der 17D ist;
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18A–18C und 18D–18F zusammengesetzte Diagramme bilden,
die jeweils das Programm und die Verifizierungszyklen des Programmierschaltkreises
der Erfindung zeigen;
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19 ein
Logikschaltbild des Funktionsblocks „Datenbus-Integritätsprüfer" in 16 ist;
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20A–20B Zeitdiagramme von verschiedenen Signalen
sind, die beim Betrieb des Datenbus-Integritätsprüfers in 19 auftreten;
und
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21 ein
Satz von Zeitdiagrammen von drei Rahmen des Taktgeber-Bussignals
und des in den 17A–17E detailliert
gezeigten Datenbussignals ist.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
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1 zeigt
ein Steuerungssystem 30, das mehrere Datenverbindungsmodule 32 verwendet,
die gemäß der vorliegenden
Endung aufgebaut sind. Das Steuerungssystem 30 ist ein
durch Firmware programmierbares Hardwareprotokollsystem, das gleichzeitig
Einzelbit- und Multibit-Datenwörter übertragen
kann. Die Kommunikationsfähigkeiten
des Steuerungssystems 30 sind auf mehrere Datenverbindungsmodule 32 verteilt.
Folglich ist die Verwendung eines Computers 34 zum Betreiben
des Steuerungssystems 30 selbst freigestellt. Das Steuerungssystem 30 umfasst
auch ein Mastertaktmodul 36 und eine Energieversorgung 38,
die jeweils über
ein Kabel 40, welches vorzugsweise vier Leiter aufweist,
angeschlossen sind. Die Leiter umfassen eine Gleichstrom/Spannungsleitung 42,
eine Mastertaktleitung 44, eine Datenbusleitung 46 und
eine Masseleitung 48 für
die Energiezufuhr 38. Das Kabel 40 des Steuerungssystems
ist in einer gewünschten
Form, wie z. B. in Ring-, in Mehrpunkt-, Rückführungs-, Bus- und Stemform,
welche zu den bekannten Konfigurationen gehören, konfiguriert. Selbstverständlich wird
durch die Verwendung der Ring- oder
Rückführungsform
eine gewisse Redundanz erreicht. Eine oder mehrere Steuerungs- oder
Eingabeeinheiten 50, wie z. B. ein durch einen Fotosensor
gesteuerter Schalter, sind an wenigstens einem der Datenverbindungsmodule 32 angeschlossen.
Ein Datenverbindungsmodul 32, an der eine Eingabeeinheit 50 angeschlossenen
ist, dient als ein Eingabemodul zum Übertragen von Signalen auf
den Datenbus 46 im Zeitmultiplexverfahren in Abhängigkeit von
lokalen Eingabesignalen von der Eingabeeinheit. Eine oder mehrere
gesteuerte Einheiten oder Ausgabeeinheiten 54, wie z. B.
ein Magnetschalter oder dergleichen, sind an wenigstens einem der
Module 32 angeschlossen. Ein Datenverbindungsmodul 32,
an deren Ausgang eine Ausgabeeinheit 54 angeschlossen ist, dient
als Ausgabemodul zum Extrahieren von Daten auf dem Datenbus 46 im
Zeitmultiplexverfahren und zum Erzeugen von lokalen Ausgangssignalen,
auf welche die Ausgabeeinheit anspricht. Jedes Datenverbindungsmodul 32 hat
bis zu zwei Kanäle,
um entweder Signale auf den Datenbus 46 zu geben oder Signale
vom Datenbus während
eines Zeitschlitzes 65 im Modus Eins oder während eines
Zeitschlitzes 67 im Modus Zwei, wie in den 17A–17E gezeigt, auszugeben. Aus Gründen der
einfacheren Darstellung ist in 1 jedes
Datenver bindungsmodul 32 so dargestellt, dass es entweder
als Eingabemodul oder als Ausgabemodul, wie in 1 gezeigt, dient. Alternativ kann ein
Datenverbindungsmodul 32 gleichzeitig sowohl als Eingabemodul
als auch als Ausgabemodul dienen. In diesem Fall ist eine Eingabeeinheit 50,
die an das Datenverbindungsmodul 32 angeschlossen ist,
einem der Kanäle
zugeordnet, und eine Ausgabeeinheit 54, die an das Datenverbindungsmodul 32 angeschlossen
ist, einem weiteren der Kanäle
zugeordnet.
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Das Datenverbindungsmodul arbeitet
entweder im Modus Eins oder im Modus Zwei. Ein Zeitdiagramm für den Betriebsmodus
Eins ist in den 17A und 17B gezeigt. Das Steuerungssystem 30, 1, verwendet ein Taktsignal-Zeitsteuerungsprotokoll,
bestehend aus einer längeren
Sync-Periode 58, auf die bis zu 256 identische
Taktzyklen 61, die mit den Bezugszeichen 0-256 angegeben
sind, folgen. Die Sync-Periode 58 und die
256 Taktzyklen 61 repräsentieren
einen Rahmen 62. Das Mastertaktsignal 85 wird
vom Mastertaktmodul 36 erzeugt und von jedem Datenverbindungsmodul 32 über die
Taktleitung 44 des Busses 40 empfangen. Jeder
der bis zu 256 Taktzyklen 61 repräsentiert eine mögliche Adresse
einer Einheit. Jedes Datenverbindungsmodul 32 verbindet
wahlweise eine oder mehrere Eingabeeinheiten 50 und eine
oder mehrere Ausgabeeinheiten 54 während des Zeitschlitzes oder
der jeweils dieser Einheiten 50 und 54 zugeordneten
Adresse 65 mit dem Datenbus 46. Abhängig vom
Betriebsmodus, d. h. Modus Eins oder Modus Zwei, beträgt die Dauer
der Adresse 65 jeweils einen oder zwei Zyklen des Mastertaktsignals 85 des
Steuerungssystems. Die Anzahl der Taktzyklen 61 pro Rahmen 62 kann
am Mastertaktmodul 36 eingestellt werden, wobei die eingestellte
Anzahl gleich der Anzahl der benötigten
unterschiedlichen Adressen ist. Die geringste Anzahl von Taktzyklen 61,
die pro Rahmen 62 erforderlich ist, wird eingestellt, um
die Ansprechzeit des Steuerungssystems 30 zu optimieren.
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In Bezug auf 2A und 2B umfasst
jedes Datenverbindungsmodul 32 einen integrierten Schaltkreis 80.
Wie in den 17A und 17B zu sehen, entspricht
im Modus Eins jeder Zeitschlitz oder jede Adresse 65 der
Dauer eines ganzen Mastertaktzyklus 61. Im Modus Eins werden
während
des ersten Abschnitts des Zeitschlitzes 65 Da ten durch
eine oder mehrere Eingabe-Datenverbindungsmodule 32 auf
den Datenbus 46 gegeben und die Daten bleiben während des
gesamten Zeitschlitzes auf dem Datenbus 46. In der Mitte 64 des Zeitschlitzes 65 werden
die Daten auf dem Datenbus 46 vom Bus zu den Ausgangsanschlüssen 98 und 100 wenigstens
eines Ausgabe-Datenverbindungsmoduls 32 kopiert, um von
wenigstens einer Ausgabeeinheit 54 verwendet zu werden.
Neue Daten werden am Ende des Zeitschlitzes 65, d. h. zu
Beginn des nächsten
Zeitschlitzes, auf den Datenbus 46 gegeben und dieser Vorgang
wird für
jeden Zeitschlitz 65 eines Rahmens 62 fortgesetzt.
Ohne das „Multiplexen"
der Rahmen 62 wiederholt sich dieser Vorgang bei den folgenden
Rahmen von selbst. Die Betriebsweise des Multiplexen von Rahmen
wird im Folgenden beschrieben.
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Der Betrieb des Steuerungssystems 30 unter
Verwendung eines Einzelbit-Eingangssignals
und eines Einzelbit-Ausgangssignals wurde bereits in der zuvor genannten
Patentschrift von Riley beschrieben. Jedoch werden, anders als bei
den bekannten Datenverbindungsmodulen, die zum Weiterleiten von
einzelnen Datenbits vorgesehen sind, durch das Datenverbindungsmodul 32 der
vorliegenden Endung wahlweise Einzelbit- oder Multibitdaten weitergegeben.
Z. B. kann somit ein Steuerungssystem 30 unter Verwendung
der Datenverbindungsmodule 32 ein 16-Bit-Datenwort von einer
Eingabeeinheit 50 an einen Datenbus 46 und vom
Datenbus 46 an eine Ausgabeeinheit 54 übertragen,
ohne einen komplizierten Schaltkreis, der außerhalb des integrierten Schaltkreises 80 des
Datenverbindungsmoduls 32 vorgesehen ist, zu verwenden.
Anders als bei den bekannten Datenverbindungsmodulen kann das Datenverbindungsmodul 32 so
programmiert werden, dass beliebig große Datenwörter von bis zu 256 Bits möglich sind,
ohne die Hardware des Datenverbindungsmoduls 32 in irgendeiner
Weise zu verändern.
In 1 sind die Eingabe-
und Ausgabeeinheiten lediglich aus Gründen der Vereinfachung der
Darstellung als 8-Bit-Einheiten
angegeben.
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Durch dieses Multibitwort-Feature
kann das Datenverbindungsmodul 32 in einfacher Weise mit
den computergestützten
Eingabe- und Ausgabeeinheiten kommunizieren, ohne einen Hauptcomputer 34 zum
Betreiben des Steuerungssystems 32 selbst zu benötigen. Durch
diese Wörter
variabler Länge
kann das Datenverbindungsmodul 32 die häufig verwendeten 8-, 16- und
32-Bit-Einheiten durch das Verändern
der Firmware, jedoch ohne die Hardware weitgehend zu verändern, miteinander
verbinden. Analoge Daten können über den Datenbus 46 des
Steuerungssystems 30 unter Verwendung von Multibit-Wörtern und
durch die Verwendung eines (nicht gezeigten) Analog/Digital-Wandlers
bei einem Eingangsdatenverbindungsmodul 32 und eines (nicht
gezeigten) Digital/Analog-Wandlers bei einem Ausgangsdatenverbindungsmodul 32 übertragen
werden.
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Darüber hinaus wird durch ein Steuerungssystem
mit dem Datenverbindungsmodul 32 die Beschränkung bei
den bekannten Einrichtungen beseitigt, da es durch das Multiplexen
von Rahmen 62 mehr als 256 Eingabeeinheiten und
mehr als 256 Ausgabeeinheiten ohne das Vorsehen von komplizierten
Schaltkreisen außerhalb
des integrierten Schaltkreises 80 des Datenverbindungsmoduls 32 steuern
kann.
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Das Steuerungssystem 30 mit
den Datenverbindungsmodulen 32, das gemäß der Erfindung aufgebaut ist,
wird wahlweise im Modus Eins oder im Modus Zwei betrieben. Im Modus
Zwei sind die vier Leiter 42, 44, 46 und 48 des
Steuerungssystemkabels 40 an einen optionalen Hauptcomputer 34,
der vorzugsweise ein mikroprozessorgestützter PC ist, über eine
einzige (nicht gezeigte) „half-slot"-Computer-Interfacekarte in
Industriestandard-Architektur (ISA) angeschlossen. Das Steuerungssystem 30 ist
aus der Sicht des Hauptcomputers 34 ein zweiseitig zugänglicher
Direktzugriffsspeicher (RAM) mit einem Block von 2048 Bytes. Der
Eingangsanschluss und der Ausgangsanschluss sind einer nicht verwendeten
Stelle des RAMs bit-orientiert zugeordnet.
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In Bezug auf das zusammengesetzte
Zeitdiagramm des Modus Zwei, wie in den 17C und 17D zu sehen,
ist jede „Modus
Zwei"-Adresse 67 zweimal solange (d. h. entspricht der
zweifachen Dauer) wie jede „Modus
Eins"-Adresse 65, wie in 17A zu
sehen ist. Man beachte, dass der Maßstab in den 17A und 17B und
der Maßstab
in den 17C und 17D unterschiedlich ist.
Dass die Mastertaktzyklen 61 im Modus Eins in den 17C und 17D kürzer
als in den 17A und 17B erscheinen, ist lediglich
auf eine vereinfachte Darstellung zurückzuführen. Die Mastertaktzyklen
des Modus Zwei haben dieselbe Dauer wie die Mastertaktzyklen 61 des
Modus Eins. Im Modus Zwei wird eine Adresse 67, wie z.
B. die Adresse „36"
in 17E, durch zwei Mastertaktzyklen 61 und 61', 17E, festgelegt. Am Anfang des ersten 61 der
beiden aufeinander folgenden Taktzyklen 61 und 61' in
der Adresse 67 werden durch die Datenverbindungsmodule 32,
die als Eingabemodule dienen, Daten auf den Datenbus 46 gegeben.
Die Daten werden auf dem Datenbus 46 für die Dauer des ersten 61 der
beiden Taktzyklen 61 und 61' gesperrt. Die Daten
werden vom Datenbus 46 durch den optionalen Hauptcomputer 34 während des
ersten Taktzyklus 61 kopiert. Am Anfang des zweiten Taktzyklus 61' der
Adresse 67 wird durch den optionalen Hauptcomputer 34 ein
Signal auf den Datenbus 46 gegeben, wobei das Signal für die Dauer
des zweiten Taktzyklus 61' gesperrt wird. Während des
zweiten Taktzyklus 61' werden Daten vom Datenbus 46 durch
ein Datenverbindungsmodul 32, das als ein Ausgabemodul
dient, kopiert, und die Daten werden der Ausgabeeinheit 54,
die an das Datenverbindungs(ausgabe)modul 32 angeschlossen
ist, zugeführt.
-
Anders als die bekannten Datenverbindungsmodule,
kann das Datenverbindungsmodul 32 mit einer Energieversorgung 38 entweder
von in etwa 12 Volt oder von in etwa 24 Volt, ohne einen Adapter
zu benötigen, betrieben
werden. Und anders als die bekannten Verbindungsmodule, kann das
Datenverbindungsmodul 32 direkt an Eingabeeinheiten 50,
die entweder binäre
Logikpegel mit 0–5
Volt oder 0–9
Volt repräsentieren,
angeschlossen werden.
-
Wie in dem Blockdiagramm in den 2A und 2B gezeigt, umfasst der integrierte Schaltkreis 80 Eingangsanschlüsse 84, 86, 88, 90, 92, 94 und 96 zum
Anschließen
jeweils eines Mastertaktsignals oder CLOCK-Signals, eines Datenbussignals
oder DATA-Signals, einer Betriebsspannung oder Vcc,
eines Massepotentials oder COM-MON,
vorzugsweise das Erdpotential, eines (nicht gezeigten) externen
Oszillatorwiderstandes, eines Kanal-A-Eingangssignals oder CH_A-Signals,
und eines Kanal-B-Eingangssignals
oder CH_B-Signals. Der integrierte Schaltkreis 80 hat Ausgangsanschlüsse 98, 100, 102, 104, 106, 108, 110 und 112 für jeweils ein
Kanal-A-Ausgangssignal
oder OUTPUT_A-Signal, ein Kanal-B-Ausgangssignal oder OUT- PUT_B-Signal, ein
Kanal-C-Ausgangssignal oder OUTPUT_C-Signal, ein Schiebetakt-Eingangssignal
oder SH_CLK_IN-Signal, ein Schiebetakt-Ausgangssignal oder SH_CLK_OUT-Signal,
ein Multiplex-Taktsignal oder MUX-Signal, ein Modus/Synchronisationssignal
oder MODE_SYNC-Signal, und ein Datensteuersignal oder DATA_DRV-Signal.
-
Jedes Datenverbindungsmodul 32 hat
zwei Kanäle,
und zwar einen Kanal A und einen Kanal B, wobei jeder Kanal einer
Adresse zugeordnet ist. Während
jedem Zeitrahmen 62 zählt
ein in 2A gezeigter 8-Bit-Zähler 114 die
Zyklen 61 des Mastertaktsignals 85. Der 8-Bit-Zähler 114 wird
am Anfang jedes Rahmens 62 zurückgesetzt. Im Modus Eins entspricht
jeder Taktzyklus 61 einer Adresse 65. Im Modus
Eins zählt
der Zähler 114 jeden
Taktzyklus 61 und die Ergebnisse werden Adressenkomparatoren 116 und 118 zugeführt, die den
Zählerstand
des Zählers
mit den jeweiligen Adressen, für
die das Datenverbindungsmodul 32 programmiert wurde, vergleichen.
Wenn der Zählerstand
mit der Adresse übereinstimmt,
erzeugt jeweils der zugeordnete Komparator ein Übereinstimmungs-A-Signal (COIN_A-Signal)
und ein Übereinstimmungs-B-Signal (COIN_B-Signal).
Im Modus Zwei ist der Betrieb ähnlich,
mit der Ausnahme, dass eine Adresse 67 aus zwei Taktgeberzyklen 61 und 61' besteht.
Wie in 2A gezeigt ist,
wird durch den Fenstersteuerungsbereich 120 des integrierten
Schaltkreises 80 dem 8-Bit-Zähler 114 ein Signal
zugeführt,
um den Unterschied zwischen Modus Eins und Modus Zwei auszugleichen.
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Die Funktionsweise des integrierten
Schaltkreises 80 wird durch die folgende detaillierte Beschreibung der
Funktionsweise seiner verschiedenen Bereiche, die durch die Blockschaltbilder
in den 2A und 2B angegeben sind, näher beschrieben.
Die Energiezufuhrleitung 42 und der Neutralleiter 48 werden,
es sei denn, dass sie für
das Verständnis
der Funktionsweise der verschiedenen Schaltkreise von Bedeutung
sind, nicht in den detaillierten Diagrammen der Schaltkreise gezeigt.
-
Signalkonditionierung
-
Wie in dem Blockschaltbild in 2A gezeigt ist, wird das
Kanal-A-Eingangssignal am Kanal-A-Eingangsanschluss 94 dem
integrierten Schaltkreis 80 vor der Weiterverarbeitung
durch einen Dualsignalkonditionierungsschaltkreis 180 geleitet.
Der Signalkonditionierungsschaltkreis 180 umfasst einen
(in 3A gezeigten) Kanal-A-Signalkonditionierungsschaltkreis 122 und
einen (nicht gezeigten) Kanal-B-Signalkonditionierungsschaltkreis.
Wie in 3A gezeigt, hat
der Signalkonditionierungsschaltkreis 122 ein Anti-Aliasing-Filter 124,
einen Hystereseschaltkreis 126 und ein digitales Tiefpassfilter 128.
Der (nicht gezeigte) Signalkonditionierungsschaltkreis für den Kanal
B ist mit dem Signalkonditionierungsschaltkreis 122 für den Kanal
A im Wesentlichen identisch; daher wird im Folgenden lediglich der
Signalkonditionierungsschaltkreis für den Kanal A detailliert beschrieben.
Der Eingangsanschluss 94 des Signalkonditionierungsschaltkreises
entspricht dem Eingangsanschluss 130 des Anti-Aliasing-Filters.
Das Anti-Aliasing-Filter 124 umfasst zwischen dem Eingangspotential 130 und
Erdungspotential mehrere Widerstände 125,
vorzugsweise von in etwa 470 kΩ,
und einen Kondensator 156, vorzugsweise von in etwa 17
pF. Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Datenverbindungsmodul 32 bei
Kanal-A- und Kanal-B-Eingangsfrequenzen unter 3 kHz verwendet; folglich
hat das Anti-Aliasing-Filter 124 eine Bandsperre von in
etwa 30 kHz. Der Ausgang 132 des Anti-Aliasing-Filters 124 wird
einem Eingang 134 des Hystereseschaltkreises 126 zugeführt.
-
Der Hystereseschaltkreis 126 ist
so programmierbar, dass er ein Signal mit unterschiedlichen Spannungspegelbereichen
an seinem Eingangsanschluss 134 empfangen kann. Eine Zelle 138 eines
elektrisch löschbaren
und reprogrammierbaren Nur-Lese-Speichers
(EEPROM), der in 3A nicht
vollständig
gezeigt ist, ist an einen weiteren Eingang 140 des Hystereseschaltkreises 126 angeschlossen.
Eine logische Null an der Zelle 138 ergibt den zulässigen Eingangsspannungsbereich
von 0–5
Volt. Eine logische Eins an der Zelle 138 ergibt den zulässigen Eingangsspannungsbereich
von 0–9
Volt. Der Hystereseschaltkreis 126 verhindert die Übertragung
von falschen Zuständen
in Folge von geringen Spannungspegelschwankungen. Der pro grammierbare
Hystereseschaltkreis 126 und die Zelle 138 des
EEPROMs arbeiten zusammen als ein lokaler Eingangsspannungsbereichswähler.
-
Der Hystereseschaltkreis 126,
der in 3B detailliert
gezeigt ist, umfasst einen Inverter 142 zum Invertieren
des in der EE-Zelle 138 gespeicherten Wertes und einen
Schaltkreis 144 aus acht Widerständen und vier Transistoren
zur Erzeugung von zwei relativ hohen und zwei relativ niedrigen
Spannungen. Der Hystereseschaltkreis 126 ist vorzugsweise
ein 50%-Hystereseschaltkreis. Die beiden relativ hohen Spannungen
von 6,75 Volt und 3,75 Volt entsprechen 75% der maximalen Eingangsspannung,
die jeweils bei einem 9-Volt-System und bei einem 5-Volt-System
zu erwarten ist. Die beiden relativ niedrigen Spannungen von 1,25
Volt und 2,25 Volt entsprechen 25% der maximalen Eingangsspannung,
die jeweils bei einem 9-Volt-System und bei einem 5-Volt-System
zu erwarten ist. Durch das Aktivieren und Deaktivieren der EE-Zelle 138 wird
das Paar 6,75 Volt und 2,75 Volt oder das Paar 3,75 Volt
und 1,25 Volt zur Steuerung der Komparatoren 146 und 148 verwendet.
Einer 148 der Komparatoren erzeugt ein Komparator-Ausgangssignal
(HITRIP) 149 in Reaktion auf ein Signal am Eingangsanschluss 134 des
Komparators 148, welches 75% der maximalen Eingangsspannung übersteigt.
Der Eingangsanschluss 133 der Komparatoren 146 und 148 ist
an den Eingangsanschluss 134 des Hystereseschaltkreises 126 angeschlossen.
Das Komparator-Ausgangssignal (HITRIP) 149 setzt ein Flipflop 150.
Der Q-Ausgangsanschluss 152 des Flipflops 150 ist
der Ausgangsanschluss des Hystereseschaltkreises 126. Das
Ausgangssignal 135 des Hystereseschaltkreises 126 ist
ein flaches Wellensignal, das hoch bleibt, bis die Spannung des
Signals 125 am Eingangsanschluss 134 des Hystereseschaltkreises
unter 25% der maximalen Eingangsspannung abfällt, wobei zu diesem Zeitpunkt
der andere Komparator 146 ein weiteres Komparator-Ausgangssignal
(LOTRIP) 147 zum Zurücksetzen
des Flipflops 150 erzeugt, so dass das Signal 135 am
Ausgangsanschluss 152 des Hystereseschaltkreises auf Null
Volt gebracht wird. Das Signal 135 am Ausgangsanschluss 152 des
Hystereseschaltkreises 126 wird einem Eingangsanschluss 154 des
digitalen Filters 128 zugeführt. Ein Ausgangssignal 136 von
einem internen Oszillator 158, der in dem Blockschaltbild
in 2B gezeigt ist, wird
dem digitalen Filter 128 zugeführt, um die Bandsperre des
digitalen Filters zu steuern. Die Bandsperrenfrequenz wird durch
die Frequenz des internen Oszillators 158 geteilt durch
fünf ermittelt.
Vorzugsweise beträgt
die Frequenz des internen Oszillators 158 in etwa 150 kHz.
Das digitale Filter 128 besteht aus einem Multibit-, vorzugsweise
fünf Bit,
-Schieberegister 160 mit einem seriellen Eingang und einem parallelen
Ausgang. Das Ausgangssignal 163 des Schieberegisters 160 wird
gleichzeitig einem Positivimpuls-Kontinuitätsprüfer 162 und
einem Negativimpuls-Kontinuitätsprüfer 164,
die jeweils aus einem Mehrfacheingangs-, vorzugsweise einem Fünf-Eingangs-UND-Gatter 166 und 168 bestehen,
zugeführt.
Der Positivimpuls-Kontinuitätsprüfer 162 erzeugt
ein Signal am Eingangsanschluss S 170 eines RS-Flipflops 172 nur,
wenn ein Signal während
jedem von mehreren aufeinander folgenden Zyklen des internen Oszillators 158 vorhanden
ist. Das RS-Flipflop 172 hält am Q-Ausgangsanschluss 174 eine
logische Eins, bis es von dem Negativimpuls-Kontinuitätsprüfer 164 zurückgesetzt
wird. Der Q-Ausgangsanschluss 174 des RS-Flipflops 172 ist
an den Ausgangsanschluss 176 des Kanal-A-Signalkonditionierschaltkreises 122 angeschlossen.
Ein IINPUT A-Signal, welches
ein konditioniertes INPUT A-Signal ist, wird am Ausgangsanschluss 176 des
Kanal-A-Signalkonditionierungsschaltkreises 122 erzeugt.
Der Ausgangsanschluss 176 des Signalkonditionierungsschaltkreises 122 des
Kanals A und der Ausgangsanschluss 178 des (nicht gezeigten)
Signalkonditionierungsschaltkreises des Kanals B werden jeweils
an die Eingangsdaten-Steuerschaltkreise 182 und 184 für die Kanäle A und
B angeschlossen.
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Die Konditionierschaltkreise 186 und 188 des
Datenbusses 46 und des Mastertaktbusses 44 arbeiten in ähnlicher
Weise wie der Eingangssignalkonditionierschaltkreis 122 des
Kanals A und des Kanals B (nicht gezeigt), mit Ausnahme der auftretenden
Frequenzen. Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Datenverbindungsmodul 32 bei
Frequenzen des Taktbusses 44 und des Datenbusses 46 unterhalb
von 200 kHz verwendet; daher haben die Anti-Aliasing-Filter 186 und 188 des
Datenbusses und des Taktbusses einen Anti-Aliasing-Filter-Widerstand 126 von
vorzugsweise 100 kΩ und
der Signalkonditionierungsschaltkreis vorzugsweise einen Abbruchpunkt
bei in etwa 225 kHz. In ähnlicher
Weise bilden der Signalkonditionierschaltkreis 186 des
Datenbusses und der Signalkonditionierschaltkreis 188 des
Mastertaktbusses jeweils aus den Signalen DATA 87 und CLOCK 85 konditionierte
Signale IDATA 191 und ICLOCK 192.
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Einschalt-Rücksetzverzögerung
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In Bezug auf 2B hat der interne Oszillator 158 des
integrierten Schaltkreises 80 einen Frequenzbereich von
vorzugsweise 50–400
kHz. Die Frequenz wird durch den externen (nicht gezeigten) Widerstand
R gesteuert, der am Eingangsanschluss 92 an Masse gelegt
ist, wobei R (in Ohm) = 14,5 × 109/Freq. (in Hertz) ist. Vorzugsweise beträgt der Widerstandswert
R zwischen 25 und 200 kΩ.
Der interne Oszillator 158 ist vom bekannten Typ und nicht
Teil der Erfindung. Der interne Oszillator 158 erzeugt
ein Signal OSC 159.
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Wie in dem Blockschaltbild in 2B gezeigt, hat ein Einschalt-Rücksetzverzögerungsschaltkreis 190 drei
Eingangsanschlüsse 181, 183 und 185 zum
Empfangen des Oszillatorsignals (OSC) 159, des internen Mastertaktsignals
(ICLOCK) 192, und eines Einschalt-Rücksetzsignals (POR) 194.
Das POR-Signal 194 erscheint unmittelbar nach Anlegen einer
Spannung an den integrierten Schaltkreis 80 und wird durch
eine von mehreren bekannten Einschalt-Rücksetzeinrichtungen 195 erzeugt
und ist nicht Teil der Erfindung. Der Einschalt-Rücksetzverzögerungsschaltkreis 190 hat
zwei Ausgangsanschlüsse 216 und 218,
um jeweils ein Synchronsignal (SYNC) 196 und ein Einschalt-Rücksetzverzögerungssignal
(POR_DLY) 198 auszugeben.
-
Der Einschalt-Rücksetzverzögerungsschaltkreis 190 ist
in 4 detailliert gezeigt.
Das interne Mastertaktsignal (ICLOCK) 192 wird für eine vorgegebene
SYNC-Periode 58 auf
dem höheren
Pegel gehalten, um den Anfang jedes Zeitrahmens 62 zu bestimmen.
Vorzugsweise hat die SYNC-Periode 58 eine Dauer von acht Mastertaktzyklen 61.
Ein 4-Bit-Zähler 200 und
ein NAND-Gatter 202 erzeugen ein niedriges SYNC_DET-Signal 205 am
Ausgangsanschluss 204 des NAND-Gatters 202 auf
das Empfangen von zehn Zyklen des OSC-Signals 159 während ICLOCK 192 während desselben
Intervalls kontinuierlich hoch ist. Das ICLOCK-Signal 192 wird
einem invertierten Lösch-Eingang 183 des
Zählers 200 zugeführt. Das
SYNC_DET-Signal 205 bleibt für eine Periode, die abhängig von
der Beziehung zwischen der ICLOCK-Frequenz und der OSC-Frequenz ist, niedrig;
jedoch wird beim ersten negativen Übergang des ICLOCK-Signals,
der das Ende der SYNC-Periode 58 festlegt, das SYNC_DET
wieder hoch, da der negative ICLOCK-Impuls den Zähler 200 löscht. Vorzugsweise
ist die OSC-Frequenz eineinhalb- bis zehnmal schneller als die IC-LOCK-Frequenz.
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Das SYN DET-Signal 205 wird
mehreren miteinander verbundenen Daten-Flipflops 206 und 208 und anschließend einem
UND-Gatter 210 zugeführt.
Die Flipflops 206 und 208 werden jeweils nach
Empfang des niedrigen POR-Signals 194 an den Flipflopeingängen 209 und 211 gelöscht. Der
Ausgang 212 des UND-Gatters 210 erzeugt das niedrige
POR_DLY-Signal 198 unmittelbar nach Empfang des niedrigen
POR-Signals 194. Der Ausgang 212 des UND-Gatters 210 erzeugt
ein hohes POR DLY-Signal 198 nachdem die mehreren Daten-Flipflops 206 und 208 mehrere
SYNC DET-Signale über
das Gatter 201 empfangen haben.
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Der in 4 gezeigte
Schaltkreis erzeugt das hohe POR_DLY-Signal 198 nach dem
Empfang von drei SYNC_DET-Signalen 205. Obwohl aus Gründen der
Vereinfachung in 4 lediglich
zwei Daten-Flipflops 206 und 208 gezeigt sind,
werden vorzugsweise in etwa zwölf
Daten-Flipflops zum Zählen
von 4095 SYNC_DET-Signalen 205 vor dem Erzeugen des hohen
POR_DLY-Signals 198 verwendet. Der Einschalt-Rücksetzverzögerungsschaltkreis 190 erzeugt
das POR_DLY-Signal 198 nachdem der integrierte Schaltkreis 80 eine
bestimmte Anzahl von SYNC DET-Signalen 205 nach dem Anlegen
einer Spannung an den integrierten Schaltkreis empfangen hat. Das
POR_DLY-Signal 198 und das SYNC_DET-Signal 205 sind durch
ein UND-Gatter 214 verknüpft, um
ein SYNC-Signal 196 am Ausgang 216 zu bilden.
Folglich bleibt das SYNC-Signal 196 niedrig, es sei denn,
dass das POR_DLY-Signal 198 hoch ist.
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Mehrere Flipflops des integrierten
Schaltkreises 80 werden durch das SYNC-Signal 196 entweder
zurückgesetzt
oder gelöscht;
daher werden diese Flipflops in vorteilhafter Weise nur zurückgesetzt
oder gelöscht, nachdem
die Energieversorgung des Datenverbindungsmoduls 32 stabilisiert
wurde. Das POR DLY-Signal 198 wird dem Taktverlustausgangsperrschaltkreis 240,
dem Sicherheitseingangssperr-Schutzschaltkreis 220 und dem
MODE/SYNC-Schaltkreis 458 zugeführt.
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Sicherheitseingangs-Schutzschaltkreis
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Wie in den Blockdiagrammen der 2A und 2B gezeigt, verhindert der Sicherheitseingangs-Schutzschaltkreis
oder der Eingangssperrschaltkreis 220, dass die Eingangsdaten-Steuerschaltkreise 182 und 184 auf
die Eingangssignale während
einer vorgegebenen Zeitdauer nach dem Anlegen einer Spannung an
den integrierten Schaltkreis 80 und darüber hinaus während der
Zeitdauer, in der der integrierte Schaltkreis programmiert oder
die Programmierung verifiziert wird, anspricht. Wie detaillierter
in S gezeigt ist, hat der Eingangssperrschaltkreis 220 ein
NOR-Gatter 224, das das aktive niedrige POR DLY-Signal 198 und
ein aktives hohes Programm/Verifizierungs-Modus-Signal (P/V_MODE) 199 erhält, die
jeweils als Eingangssignale an den Eingangsanschlüssen 226 und 228 zugeführt werden,
und ein INPUT_IHIBIT-Signal 229 als Ausgangssignal am Ausgangsanschluss 230 erzeugt.
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Das niedrige POR DLY-Signal 198 wird
von dem Einschaltrücksetzverzögerungsschaltkreis 190 für eine vorgegebene
Zeitdauer erzeugt, nachdem der integrierte Schaltkreis 80 an
die Energieversorgung angeschlossen wurde. Ein hohes P/V_MODE-Signal 199 wird
von dem Modulprogrammierer 232 während des Programmierzyklus
und während
des Verifizierungszyklus erzeugt. Das POR DLY-Signal 198 und das P/V_MODE-Signal 199 werden
an den Eingängen 226 und 228 des
Eingangssperrschaltkreises 220 zugeführt. Der Ausgangsanschluss 230 des
Eingangssperrschaltkreises 220 ist jeweils mit den Eingangsanschlüssen 416 und 418 der
Kanal-A- und Kanal-B-Eingangsdaten-Steuerungsschaltkreise 182 und 184 gekoppelt. Der
Eingangssperrschaltkreis 220 arbeitet jeweils mit den Kanal-A-
und Kanal-B-Eingangsdaten-Steuerungsschaltkreisen 182 und 184 zusammen.
Die Funktionsweise des Kanal-A-Eingangsdaten-Steuerschaltkreises entspricht
im Wesentlichen der Funktionsweise des Kanal-B-Eingangsdaten-Steuerschaltkreises,
so dass im Folgenden lediglich der Kanal-A-Schaltkreis detailliert
beschrieben wird. Wie in 5 gezeigt,
wird das INPUT_INHIBIT-Signal 229 am Eingangsanschluss 416 einem
invertierten Lösch-(CLR)-Anschluss
235 eines Flipflops 400 zugeführt. Folglich wird ein Signal
am Q-Ausgangsanschluss 406 des Flipflops 400 zu
Null, wenn entweder das Signal POR DLY 198 niedrig oder
das P/V_MODE-Signal 199 hoch ist. Folglich sprechen die nachfolgenden
Stufen des integrierten Schaltkreises 80 unter bestimmten
Bedingungen nicht auf Eingangs-A- oder Eingangs-B-Signale an, um
die Sicherheit und Zuverlässigkeit
des Datenverbindungsmoduls 32 zu verbessern. Vorzugsweise
liegen bestimmte Bedingungen vor, wenn entweder das POR DLY-Signal 198 niedrig ist
oder wenn das P/V_MODE-Signal 199 hoch ist.
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Taktverlust-Ausgangssperre
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Es ist vorteilhaft, zu verhindern,
dass sich Signale an den Ausgangsanschlüssen 98, 100, 102, 104, 106 und 108 des
integrierten Schaltkreises 80 beim Fehlen des Mastertaktsignals 85 verändern. Der
integrierte Schaltkreis 80 hat einen Taktverlust-Erfassungsschaltkreis 240,
der in dem Blockschaltbild in 2B gezeigt ist.
Der Taktverlust-Erfassungsschaltkreis 240, der in 6 detailliert gezeigt ist,
hat drei Eingangsanschlüsse 221-223 zum
Empfangen des ICLOCK-Signals 192, des OSC-Signals 159 und
des POR DLY-Signals 198 und einen Ausgangsanschluss 225,
der ein langes Rücksetzsignal
(LONG_RST) 241 erzeugt. Der Taktverlust-Erfassungsschaltkreis 240 umfasst
einen 13-Bit-Zähler 242,
der mit dem Zählen
der Zyklen des OSC-Signals 159 beginnt, wenn ein Verlust
des internen Mastertaktsignals ICLOCK 192 vorliegt. Das
OSC-Signal 159 wird dem Takteingangspin 244 des
13-Bit-Zählers
224 zugeführt.
Der Verlust des ICLOCK-Signals 192 wird durch ein Verzögerungselement
(DLY) 245 und ein Exklusiv-ODER-Gatter 246, das
an den Löschpin
(CLR) 248 des Zählers 242 angeschlossen
ist, festgestellt. Wenn das IC-LOCK-Signal 192 noch
vorhanden ist, wird der Zähler 242 bei
jedem Übergang
des ICLOCK-Signals gelöscht.
Nach dem Zählen
von 6144 Zyklen des OSC-Signals 159 sind die Ausgänge 250 und 252 des
Zählers 242,
die das zwölfte
und das dreizehnte Bit der Binärzahl
von 6144 repräsentieren,
hoch, so dass ein NAND-Gatter 256 ein niedriges Taktverlust-Verzögerungssignal (CLK_LOSS_DLY)
an seinem Ausgang 254 erzeugt.
-
Der Taktverlust-Erfassungsschaltkreis 240 beginnt
nach dem Verlust des Mastertaktsignals ein niedriges CLK_LOSS_DLY-Signal
zu erzeugen, das 6144 Zyklen des OSC-Signals einleitet und der Schaltkreis
erzeugt fortlaufend das niedrige CLK LOSS DLY-Signal, bis das Mastertaktsignal
wiederhergestellt ist. Das POR DLY-Signal und das CLK LOSS DLY-Signal
werden durch ein UND-Gatter 258 verknüpft, um ein langes Rücksetz-Signal
(LONG RST) zu erzeugen. Das LONG_RST-Signal wird dem Wiederholungsschaltkreis 260 und dem
Sicherheitsausgangs-Schutzschaltkreis 262 zugeführt.
-
Sicherheitsausgangs-Schutzschaltkreis
-
Es ist von maßgeblicher Bedeutung, zu verhindern,
dass der Multiplextaktanschluss 108, der Schiebetakt-AUS-Anschluß 106,
der Schiebetakt-EIN-Anschluß 104,
die A-, B- und C-Ausgangsanschlüsse 98, 100 und 102 unter
bestimmten Voraussetzungen Ausgangssignale erzeugen. Wie im Blockschaltbild
in 2B gezeigt, hat der
integrierte Schaltkreis 80 einen Sicherheitsausgangs-Schutzschaltkreis 262,
der verhindert, dass die Ausgangsanschlüsse 98, 100, 102, 104, 106 und 108 des
integrierten Schaltkreises 80 beim Vorhandensein entweder
eines niedrigen LONG_RST-Signals oder während des Programmierens oder
des Verifizierens der Programmierung ein Ausgangssignal erzeugen.
-
Wie in 7 detaillierter
gezeigt ist, hat der Sicherheitsausgangs-Schutzschaltkreis 262 drei
Eingangsanschlüsse 264, 266 und 268,
um jeweils das SYNC-Signal, das LONG_RST-Signal und ein Programmspannungs-Freigabesignal
(PVE) zu empfangen. Die Leiterspannung Vcc des
Steuerungssystems wird kontinuierlich an einen D- Eingangsanschluss 270 eines
Daten-Flipflops 272 angelegt. Das Daten-Flipflop 272 erzeugt
ein hohes Ausgangssperrsignal bei Q 274 in Folge der an
den D-Eingangsanschluss 270 des
Flipflops 272 angelegten Spannung Vcc,
es sei denn, dass es durch ein hohes PVE-Signal und ein niedriges
LONG RST-Signal gelöscht
wurde. Der Schaltkreis umfasst auch ein NOR-Gatter 276,
welches das hohe PVE-Signal und
das niedrige LONG RST-Signal verknüpft, um ein Rücksetz-Signal
am NOR-Gatter-Ausgangsanschluss 277 zu bilden, bevor die
Signale an einen Löschpin 278 des
Flipflops 272 angelegt werden. Ein niedriges Rücksetzsignal
löscht
das Flipflop 272. Das SYNC-Signal gibt das Flipflop 272 am
Anfang jedes Rahmens 62 frei, so dass das Flipflop durch
das erste SYNC-Signal gesetzt wird, nachdem das Rücksetzsignal
verschwunden ist. In Bezug auf die 2A und 2B liegt am Ausgang des Sicherheitsausgangs-Schutzschaltkreises 272 ein Ausgangssperrsignal
(OUTPUT INHIBIT) 280 an, das einer Tri-State-Einrichtung
an jedem der Ausgangsanschlüsse 98, 100, 102, 104, 106 und 108 zugeführt wird,
die diese Ausgangsanschlüsse
des integrierten Schaltkreises 80 in einen hochohmigen
Zustand versetzt. Der hochohmige Zustand der Ausgangsanschlüsse 98, 100, 102, 104, 106 und 108 ist
charakteristisch für
das Fehlen sowohl eines hohen Signals als auch eines niedrigen Signals
an den Ausgangsanschlüssen.
-
Datenverifizierer
-
In Bezug auf 8 hat der Wiederholungsschaltkreis bzw.
der Datenverifizierer 260, der im Blockschaltbild in 2A gezeigt ist, einen Kanal-A-Datenverifizierer 288 und
einen Kanal-B-Datenverifizierer 289, der im Wesentlichen
mit dem Kanal-A-Datenverifizierer
identisch ist. Um ein irrtümliches
Ansprechen auf zufällige
Störungen
zu vermeiden, die auf dem Datenbus 46 während eines bestimmten Zeitschlitzes 65 und 67, der
einem der Module 32 zugeordnet ist, auftreten, fordert
der Datenverifizierer 260 wahlweise eine Wiederholung desselben
Datensignals 87 auf dem Datenbus 46 während des
Zeitschlitzes 65 und 67, der dem Datenverbindungsmodul 32 für ausgewählte, aufeinander
folgende kontinuierliche Zeitrahmen 62, 62' und 62" zugeordnet
ist, wie in 21 zu sehen
ist. Nur nach dieser Wiederholung verändert sich das entsprechende
Kanal-A- oder Kanal-B-Ausgangssignal in Reaktion auf die Datensignale 87 auf
dem Datenbus 46. Noch in Bezug auf 8 umfasst der Kanal-A-Datenverifizierer 288 mehrere
binäre
Daten-Flipflops 282, 284 und 286, die
miteinander verbunden sind, um ein mehrstufiges Schieberegister
zu bilden. Jedes der Daten-Flipflops 282, 284 und 286 speichert
das Signal 87, das sich auf dem Datenbus 46 während eines
von mehreren aufeinander folgenden Zeitrahmen 62, 62' und 62" befindet,
wie in 21 zu sehen ist.
Die Eingangsanschlüsse 290, 292, 294 und 298,
in 8 zu sehen, des Kanal-A-Datenverifizierers
empfangen jeweils Signale vom Datenbus 46, von einem elektrisch
löschbaren
Nur-Lese-Speicher-Paar bzw. einem EE-Zellenpaar 320 und 322 eines
EEPROMs 354 und von einem Taktverlustschaltkreis 240.
-
Der Eingangsanschluss 296 des
Kanal-A-Datenverifizierers empfängt
einen Freigabetaktimpuls 302, der am Ausgang 303 eines
UND-Gatters 304 erzeugt wird. Das UND-Gatter 304 hat
drei Eingänge 311, 313 und 315,
um jeweils das ICLOCK-Signal,
das COIN_A-Signal und das OUTPUT_WINDOW-Signal zu empfangen. Der
ausgewählte
Betriebsmodus, entweder Modus Eins oder Modus Zwei, bestimmt die
Art der Zeitsteuerung dieser Signale.
-
Im Modus Eins gibt es pro Zeitschlitz 65 einen
Taktzyklus 61. Das OUT-PUT_WINDOW-Signal
ist kontinuierlich niedrig und ein Inverter 312 am Eingang 311 ermöglicht,
dass das Drei Eingangs-UND-Gatter 304 kontinuierlich freigegeben
wird. Ein weiterer Inverter 314 am Eingang 315 invertiert
das ICLOCK-Signal 192, um das Drei-Eingangs-UND-Gatter 310 nur
während
der ersten Hälfte
des Taktzyklus 61, wenn das ICLOCK-Signal niedrig ist,
freizugeben. Das COIN_A-Signal ist nur während des Auftretens des ausgewählten Zeitschlitzes 65,
der dem Datenverbindungsmodul 32 zugeordnet ist, hoch.
Die taktflankenempfindlichen Daten-Flipflops 282, 284 und 286 werden
freigegeben, wenn das COIN_A-Signal vom niedrigen Pegel zum hohen
Pegel wechselt. Die Daten-Flipflops 282, 284 und 286 sind
während,
und nur während
des ausgewählten Zeitschlitzes 65,
der dem Datenverbindungsmodul 32 zugeordnet ist, freigegeben.
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Im Modus Zwei gibt es zwei Taktzyklen 67 und 67' pro
Zeitschlitz 67. Im Modus Zwei ist während des ersten Taktzyklus 61 das
OUTPUT_WINDOW-Signal hoch und während
des zweiten Taktgeberzyklus 61' niedrig. Folglich wird
das Drei-Eingangs-UND-Gatter 304 nur
während
des zweiten 61' der beiden Taktzyklen 67 und 67' aktiviert.
In gewisser Weise arbeitet der Datenverifizierer 260 im
Modus Zwei genauso wie im Modus Eins.
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Der Freigabetaktimpuls 302 gibt
jedes der drei Daten-Flipflops 282, 284 und 286 während des
Zeitschlitzes 65 oder 67, der dem Kanal A des
Datenverbindungsmoduls 32 zugeordnet ist, frei, jedoch
innerhalb aufeinander folgender Rahmen 62, 62' und 62",
wie in 21 zu sehen ist.
Zunächst
werden die Daten-Flipflops 282, 286 und 288 durch
ein LONG_RESET-Signal durch den Schaltkreis in 6 voreingestellt. Anschließend wird
nach dem erstmaligen Auftreten des Zeitschlitzes 61 des
Kanals A des Datenverbindungsmoduls 32 das Datensignal
auf dem Datenbus am Q-Ausgang 324 des ersten Flipflops 282 und
auch am D-Eingang 316 des Ausgangsflipflops 318 des
Wiederholungsschaltkreises erscheinen. Das Signal 87 auf
dem Datenbus 46 während
des letzten Rahmens 62, 62' oder 62" wird
am D-Eingang 316 des Wiederholungsschaltkreis-Ausgangsflipflops 318 immer
wieder erzeugt, jedoch wird das Wiederholungsschaltkreis-Ausgangsflipflop 318 nur
beim Auftreten des Freigabe-Taktimpulses 302 vom Ausgang 303 des
UND-Gatters 304 freigegeben. Das Auftreten des Freigabe-Taktimpulses 302 am
Wiederholungsschaltkreis-Ausgangsflipflop 318 wird durch
ein Programm gesteuert.
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Wenn die EE-Zelle 320 so
programmiert ist, dass sie eine logische Null enthält, wird
der Ausgang 336 eines UND-Gatters 338 auf logisch
Null geschalten und ein Ausgang 340 des NAND-Gatters 342 während der zweiten
Hälfte
jedes Taktzyklus 61 in den höheren Pegel geschalten, um
das Wiederholungsschaltkreis-Ausgangsflipflop 318 ohne
irgendeine Datenwiederholung zu einem Zeitpunkt, an dem die Hälfte eines
Taktzyklus 61 nach dem Aktivieren des ersten Flipflops 282 verstrichen
ist, freizugeben. Wenn die EE-Zelle 320 so programmiert
ist, dass sie eine logische Eins enthält und eine EE-Zelle 322 so
programmiert ist, dass sie eine logische Null enthält, wird
der Takt des Ausgangs-Flipflops 318 nur freigegeben, wenn
sowohl das erste als auch das zweite Flipflop 282 und 284 dieselben
Q-Ausgänge
haben. Das erste und das zweite Flipflop 282 und 284 haben
nur dann denselben Q-Ausgang, wenn das Datensignal 87 auf
dem Datenbus 46 im ausgewählten Zeitschlitz, 65 oder 67,
in jedem von zwei aufeinander folgenden Rahmen 62 und 62' wiederholt
wurde. Die Q-Ausgänge 324 und 326 jeweils
des ersten und des zweiten Flipflops 282 und 284 werden
einem Exklusiv-ODER-Gatter 328 zugeführt.
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Durch das am Ausgang 330 des
Exklusiv-ODER-Gatters 328 erzeugte Signal in Kombination
mit den an den Ausgängen
eines NOR-Gatters 344 und eines NAND-Gatters 346 erzeugten Signalen
und den Zuständen
der EE-Zellen 320 und 322 wird das Wiederholungsschaltkreis-Ausgangsflipflop 318 unmittelbar
nach (d. h. einen halben Taktzyklus 61 danach) einem Rahmen 62' mit
einer zweiten fortlaufenden Wiederholung der Datensignale 87 freigegeben
Sind beide EE-Zellen 320 und 322 so programmiert,
dass sie eine logische Eins enthalten, wird der Taktpin des Wiederholungsschaltkreis-Ausgangsflipflops 318 unmittelbar
nach (d. h. einen halben Taktzyklus 61 danach) einem dritten
Rahmen 62" nur dann freigegeben, wenn das erste, das zweite und
das dritte Flipflop jeweils dieselben Signale an ihren Q-Ausgängen 324, 326 und 332 haben.
Das Signal am Ausgang 232 des Flipflops 286 wird
einem Exklusiv-ODER-Gatter 348 zusammen mit dem Signal
am Ausgang 324 des Flipflops 282 zugeführt. Das
Signal am Ausgang 349 des Gatters 348 ist nur
dann niedrig, wenn Daten zwischen dem ersten Rahmen 62 und
dem dritten Rahmen 62" identisch sind.
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Tabelle 1 fasst die Auswirkungen
des Programmierens der EE-Zellen 320 und 322 auf
den Datenverifizierer zusammen.
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In ähnlicher Weise wird, falls
erforderlich, um mehr als die minimale Anzahl von drei Ereignissen
desselben Datensignals 87 auf aufeinander folgenden Rahmen 62 erfassen
und darauf reagieren zu können,
der Datenverifizierer 260 durch das Hinzufügen weiterer
Flipflops und weiterer EE-Zellen und der ihnen zugeordneten programmierbaren
Logikschaltkreise erweitert.
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Polaritätsauswahlschaltkreis
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Um die Nachteile des C-Ausgangsanschlusses
der bekannten Datenverbindungsmodule zu beseitigen, hat das Datenverbindungsmodul 32 einen
Kombinationslogikschaltkreispolaritätswähler 350, der in dem Blockschaltbild
in 2B gezeigt ist, aufweisend
einen polaritätsunabhängigen Schaltkreis 352,
wie in 9 zu sehen ist.
Der polaritätsunabhängige Schaltkreis 352 empfängt das
A_OUTPUT-Signal und das B_OUTPUT-Signal vom Datenverifizierer 260 und
empfängt
darüber
hinaus Polaritätsauswahlinformation
vom EEPROM 354. Wie in 9 detailliert
gezeigt ist, umfasst der polaritätsunabhängige Schaltkreis 352 ein UND-Gatter 356 mit
zwei Eingangsanschlüssen 358 und 360 zum
Empfangen des A_OUTPUT- und des B_OUTPUT-Signals und hat einen Ausgangsanschluss 362 zum
Erzeugen eines C_OUTPUT-Signals. Anders als bei den bekannten Datenverbindungsmodulen
sind die Polaritäten
der Eingangssignale am UND-Gatter 356 der Erfindung nicht
darauf beschränkt,
die gleichen Polaritäten
wie die A_OUTPUT- und B_OUTPUT-Signale zu haben. Die Polarität jedes
Eingangs am UND-Gatter 356 kann individuell und wahlweise
durch die Polarität
der A_OUTPUT- und B_OUTPUT-Signale verändert wer den. Die Polaritäts-Auswahlinformation
aus einer der EE-Zellen 364 und das A_OUTPUT-Signal werden
einem Exklusiv-ODER-Gatter 366 zugeführt. Der Ausgang 368 des
Exklusiv-ODER-Gatters erzeugt das A_OUTPUT-Signal, jedoch mit einer
Polarität,
die wahlweise von seiner Eingangspolarität verschieden ist. In ähnlicher
Weise wird das B_OUTPUT-Signal und eine zweite EE-Zelle 370 einem
weiteren Exklusiv-ODER-Gatter 372 zugeführt. Die Polarität des Ausgangs
des UND-Gatters 356 wird
wahlweise durch eine dritte EE-Zelle 374 und ein Exklusiv-ODER-Gatter 375 gesteuert, so
dass das C_OUTPUT-Signal irgendeine Logikkombinationsfunktion des
A_OUTPUT-Signals und des B_OUTPUT-Signals sein kann.
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Eingangs-Synchronisiereinrichtung
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In Bezug auf 2A hat der integrierte Schaltkreis 80 Eingangsdaten-Steuerschaltkreise 182 und 184,
um nachfolgende Teile des integrierten Schaltkreises bei Veränderungen
der Kanal-A- und Kanal-B-Eingangssignale zu isolieren, die während eines
Zeitschlitzes 65, der einem Datenverbindungsmodul 32 zugeordnet
ist, auftreten. Der Kanal-A-Eingangsdaten-Steuerschaltkreis 182 ist
im Wesentlichen identisch mit dem Kanal-B-Eingangsdaten-Steuerschaltkreis 184,
so dass im Folgenden lediglich der Kanal-A-Eingangsdaten-Steuerschaltkreis
detailliert beschrieben wird. Der Kanal-A-Eingangsdaten-Steuerschaltkreis 182 hat
als Einganssignale ein COIN_A-Signal, ein IINPUT A-Signal, ein INPUT_WINDOW-Signal
und ein IN-PUT_INHIBIT-Signal
und als Ausgangssignal ein INPUT_DATA A-Signal. Wie in 5 detaillierter gezeigt ist,
hat der Eingangsdaten-Steuerschaltkreis 182 ein Daten-Flipflop 400 und
ein Drei-Eingangs-UND-Gatter 402. Das IINPUT_A-Signal wird
dem D-Eingang 404 des Daten-Flipflops 400 zugeführt, das
durch das COIN_A-Signal nur am Anfang des Zeitschlitzes 65,
der dem Datenverbindungsmodul 32 zugeordnet ist, freigegeben
wird. Das COIN_A-Signal hat normalerweise den niedrigeren Pegel
und hat nur während
der Adresse, die dem Datenverbindungsmodul 32 zugeordnet
ist, den höheren
Pegel. Das Daten-Flipflop 400 ist flankengesteuert. Bei
ansteigender Flanke des COIN_A-Signals wird der Zustand des IINPUT_A-Signals
auf einen Q-Ausgang 406 des
Flipflops 400 für
die Dauer des Zeitschlitzes 65 des Datenverbin dungsmoduls 32 gesperrt. Der
Q-Ausgang 406 wird dem Drei-Eingangs-UND-Gatter 402 zusammen
mit dem COIN A-Signal und dem INPUT_WINDOW-Signal zugeführt. Im
Modus Eins ist das INPUT_WINDOW-Signal kontinuierlich niedrig und durch
den Inverter 408 an einem der Eingänge 410 des UND-Gatters 402 kann
das UND-Gatter durch
das IINPUT_WINDOW-Signal freigegeben werden. Während des Zeitschlitzes 65 des
Datenverbindungsmoduls 32 ist das COIN_A-Signal hoch und
das UND-Gatter 402 wird durch das COIN_A-Signal während des
Zeitschlitzes des Moduls freigegeben. Folglich erscheint im Modus
Eins das IINPUT_A-Signal am Ausgangsanschluss 412 des UND-Gatters 402 nur
während
des Zeitschlitzes 65 des Datenverbindungsmoduls 32.
In Bezug auf das Zeitdiagramm in den 17C und 17D ist im Modus Zwei jeder
Zeitschlitz 67 doppelt solange wie jeder Zeitschlitz 65 im
Modus Eins, wobei jedoch nur die erste Hälfte jedes „Modus Zwei"-Zeitschlitzes 67 zum Anlegen
von Eingangssignalen an den Datenbus 46 vorgesehen ist.
Im Modus Zwei wird das INPUT_WINDOW-Signal mit der halben Frequenz
des Mastertaktsignals 85 betrieben. Im Modus Zwei ist das INPUT_WINDOW-Signal
während
der ersten Hälfte
des Zeitschlitzes 67 niedrig und während der zweiten Hälfte des
Zeitschlitzes hoch. In Bezug wieder auf 5 kann durch den Inverter 408 am
Eingang 410 des UND-Gatters 402 das UND-Gatter
nur während
der ersten Hälfte
des Zeitschlitzes 67 des Datenverbindungsmoduls 32 freigegeben
werden. Folglich ist im Modus Zwei das IINPUT_A-Signal am Ausgang 412 des UND-Gatters 402 nur
während
der ersten Hälfte
des Zeitschlitzes 67 des Datenverbindungsmoduls 32 vorhanden.
Der Ausgang 412 des UND-Gatters 402 bildet den
Ausgangsanschluss 414 des Eingangsdaten-Steuerschaltkreises 182,
an dem das Signal INPUT DATA A erzeugt wird. Das INPUT_DATA_A-Signal
wird dem Datenbus-Steuerschaltkreis 420 zugeführt.
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Modusauswahlanzeige
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In Bezug auf 15 hat der integrierte Schaltkreis, um
den Betrieb anderer Komponenten am Datenverbindungsmodul 32,
wie z. B. der Schieberegister 588 und 590, mit
dem Betrieb des integrierten Schaltkreises 80 zu synchronisieren
und um die an deren Komponenten am Modul über den Betriebsmodus zu informieren,
einen einzelnen Anschluss 110 zum wechselweise Übertragen
eines SYNC-Signals 196 und eines MODUS-Signals 488.
Wie in dem Blockdiagramm in 2B gezeigt,
wird das kombinierte MODUS/SYNC-Signal 456 von einem MODUS/SYNC-Ausgangsschaltkreis 458 erzeugt.
Der MODUS/SYNC-Ausgangsschaltkreis 458 hat vier Eingangsanschlüsse zum
Empfangen des MODUS-Signals 488, des SYNC-Signals 196,
des OSC-Signals 136 und des POR DLY-Signals 198 als
Eingangssignale und einen Ausgangsanschluss 468 zum Erzeugen
des kombinierten MODUS/SYNC-Signals als Ausgangssignal 456.
Vorteilhafterweise ist das MODUS/SYNC-Signal 456 von den Kanal-A-
und Kanal-B-Eingangssignalen und von den Datensignalen 87 auf dem
Datenbus 46 abhängig.
Am MODUS/SYNC-Ausgangsanschluss 468 wird periodisch immer
dann ein SYNC-Ausgangssignal 196 erzeugt, wenn der integrierte
Schaltkreis 80 an einer Energieversorgung angeschlossen
ist, mit der Ausnahme einer kurzen Zeitdauer unmittelbar nach dem
Starten in Folge eines niedrigen POR_DLY-Signals. Selbstverständlich kann
am MODUS/SYNC-Ausgangsanschluss 468 keine SYNC-Information anliegen,
wenn der integrierte Schaltkreis 80 das Mastertaktsignal 85 verliert,
wobei jedoch die Modusinformation bei einem derartigen Ereignis
am MO-DUS/SYNC-Ausgangsanschluss 468 erhalten
bleibt.
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Der MODUS/SYNC-Ausgangsschaltkreis 458 ist
in 10 detailliert gezeigt.
Das niedrige POR_DLY-Signal löscht
ein Daten-Flipflop 476. Ein invertiertes SYNC-Signal 196 und
ein verzögertes SYNC-Signal 196 werden
einem UND-Gatter 474 zugeführt, um einen positiven Kurzzeitimpuls
an einem Übergang
zu erzeugen, bei dem das SYNC-Signal niedrig wird. Der Kurzzeitimpuls
stellt das Daten-Flipflop 476 ein. Ein D-Eingang 478 des
Flipflops 476 ist kontinuierlich auf Masse gelegt. Das
OSC-Signal 136 wird dem Takteingang 480 des Flipflops 476 zugeführt. Folglich
ist der Q-Ausgang 482 des Flipflops 476 normalerweise
niedrig, jedoch durch den Kurzzeitimpuls am Anfang jedes Rahmens
auf den höheren
Pegel voreingestellt. Jedoch bleibt der Q-Ausgang 482 des
Flipflops 476 lediglich für einen Zyklus des OSC-Signals 136 hoch und
wird dann wieder niedrig. Der Q-Ausgang 482 des Flipflops 476 gelangt
zusammen mit dem MODUS-Signal 488 zum Exklusiv-ODER-Gatter 484.
Das MODUS-Signal reflektiert den ausgewählten und während des Program mierens im
EEPROM 354 gespeicherten Modus. Im Modus Eins ist MODUS
= 0 und das Exklusiv-ODER-Gatter 484 invertiert schließlich den
Q-Ausgang 482 des Flipflops 476. Im Modus Zwei
ist MODUS = 1 und das Exklusiv-ODER-Gatter 484 verändert den
Q-Ausgang 482 des Flipflops 476 nicht. Ein Inverter/Puffer
486 invertiert das MODUS/SYNC-Signal 456' unabhängig vom
Modus, bevor das MODUS/SYNC-Signal 456 am
MODUS/SYNC-Ausgangsanschluss 110 des integrierten Schaltkreises 80 anliegt.
Wie im Zeitdiagramm in den 17A und 17B gezeigt, ist im Modus
Eins das MODUS/SYNC-Signal 456 kontinuierlich niedrig,
mit der Ausnahme, dass es für
einen Zyklus des OSC-Signals 136 am Anfang jedes Rahmens 62 hoch wird.
Im Modus Zwei ist das MODUS/SYNC-Signal 456 kontinuierlich
hoch, mit der Ausnahme, dass es für einen Zyklus des OSC-Signals 136 am
Anfang jedes Rahmens 62 niedrig wird.
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Multiplexrahnienidentifizierer
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In Bezug auf 21 kann durch das Multiplexen der Rahmen 62 ein
nachfolgender Rahmen 62' Daten, die von den durch einen
vorhergehenden 62 übertragenen
Daten verschieden sind, übertragen.
In Bezug auf 2A hat
der integrierte Schaltkreis 80 einen Multiplextaktschaltkreis 490 zum
Erzeugen eines Multiplextaktsignals 492, das zum Multiplexen
der Rahmen 62 benötigt
wird. Der integrierte Schaltkreis 80 umfasst auch einen
Ausgangsanschluss 108, so das auf das Multiplextaktsignal
(MUX_CLK) 492 durch relativ wenige und relativ einfache
externe Komponenten am Datenverbindungsmodul 32 zugegriffen
werden kann. Durch dieses Merkmal wird ein Nachteil nach dem Stand
der Technik beseitigt, bei dem ähnliche
Signale von zusätzlichen
externen und empfindlichen Komponenten erzeugt werden müssen.
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In Bezug auf 16 hat ein integrierter Schaltkreis 80 einen
Multiplexadressen-Taktausgangsanschluss 108 für die Verwendung
durch eine Decodiereinrichtung 494 am Datenverbindungsmodul 32,
um wahlweise mehrere Schieberegister 496, 498 und 500 freizugeben.
Jedes der mehreren Schieberegister 496, 498 und 500 überträgt Daten
vom Datenbus 46 an eine zugeordnete Ausgangsfeldeinrichtung 54, 54',
54" während desselben
Zeitschlitzes 65, jedoch in unterschiedlichen Rahmen 62.
Durch die Verwendung des MUX_CLK-Signals 492 wird das Zeitmultiplexen
der Rahmen 62 ermöglicht.
Wenn das Zeitmultiplexen beendet ist, wird jedem Rahmen 62 eine
Rahmennummer zugeordnet. Auch die Zeitschlitze 1–4 werden zur Bezifferung jedes Rahmens 62 verwendet.
Der Zeitschlitz 0 wird beim Rahmen-Multiplexen nicht verwendet.
Das Mastertaktmodul 36, wie in 1 zu sehen ist, versieht jeden Rahmen 62 mit
einer Rahmennummer, indem es eine Abfolge von vier Signalen, die
die Rahmennummern repräsentieren,
während
der Zeitschlitze 1–4
jedes Rahmens auf den Datenbus überträgt. Da vier
Bits für
die Zuordnung der Rahmennummern verwendet werden, können den Rahmen
bis zu 16 verschiedene Nummern zugeordnet werden. Durch das Multiplexen
von 16 Rahmen können bis
zu 3840 Datenbits (16 × 240
Bits pro Rahmen) seriell übertragen
werden. Obwohl bei der vorliegenden Ausführungsform vier Zeitschlitze
zum Multiplexen von bis zu 15 Rahmen verwendet werden, ist es möglich, bis zu
sechzehn Zeitschlitze zum Multiplexen von bis zu 32°768 Rahmen
zu verwenden, um bis zu 7 864 320 Datenbits (32°768 × 240 Bits pro Rahmen) zu übertragen.
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Wie in dem Blockschaltbild in 2A gezeigt, hat der Multiplextaktschaltkreis 490 acht
parallele Eingangsanschlüsse 501–508 zum
Empfangen von Acht-Bit-Rahmenadressen
und Anschlüsse 509, 510 und 511, um
jeweils ein SYNC-Signal, ein ICLOCK-Signal und ein OUTPUT_WINDOW-Signal
zu empfangen. Der Schaltkreis hat einen Ausgangsanschluss 513 zum
Ausgeben eines Multiplextaktsignals (MUX CLK) 492.
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Wie in 11 detaillierter
gezeigt ist, umfasst der Multiplextaktschaltkreis 490 ein
NAND-Gatter 514 mit acht Eingängen 501–508,
wobei sechs Eingänge
mit einem Inverter zum Erfassen eines Rahmens 62, der eine
Rahmennummer von 00000101 = 5 hat, versehen sind. Das NAND-Gatter 514 erzeugt
ein COUNT_5-Signal, das normalerweise hoch ist, jedoch für einen
Mastertaktzyklus 61, nachdem der Rahmen mit der Rahmennummer
Fünf erfasst
wurde, niedrig ist.
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Das SYNC-Signal 196 setzt
ein RS-Flipflop 512 am Anfang jedes Rahmens 62,
das einen hohen Q-Ausgang 515 erzeugt, der wiederum ein
Drei-Eingangs-UND-Gatter 516 freigibt. Im Modus Eins ist
das OUTPUT_WINDOW-Signal 121 kontinuierlich niedrig und
gibt ebenfalls das Drei-Eingangs-UND-Gatter 516 frei. Durch
die Kombination des SYNC-Signals 196 und des OUTPUT_WINDOW-Signals 121 kann
das ICLOCK-Signal 192 am Ausgangsanschluss 513 des
Multiplextaktschaltkreises 490 wiederhergestellt werden,
bis der fünfte
Rahmen durch den Zähler 114 gezählt wird.
Wenn der fünfte
Rahmen gezählt
wird, wird ein COUNT_5-Signal von dem NAND-Gatter 514 erzeugt und das
Flipflop 512 zurückgesetzt.
Der Ausgang Q des Flipflops 512 wird zu Null, so dass das
Drei-Eingangs-UND-Gatter 516 nachdem der Zähler 114 fünf Rahmen 62 gezählt hat,
gesperrt wird. Nach dem fünften
Rahmen 62 wird kein MUX_CLK-Signal 492 erzeugt.
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Im Modus Zwei arbeitet der Multiplextaktschaltkreis 490 in ähnlicher
Weise, jedoch mit der Ausnahme, dass das OUTPUT_WINDOW-Signal 121 ein
Taktsignal ist, das mit der Hälfte
der Frequenz des ICLOCK-Signals 192 und in Phase mit dem
IC-LOCK-Signal erzeugt
wird. Im Modus Zwei wird durch das Drei-Eingangs-UND-Gatter 516 das
ICLOCK-Signal 192 freigegeben, um nur dann am Multiplextaktausgangsanschluss 513 vorhanden
zu sein, wenn sowohl das OUTPUT WINDOW-Signal als auch das ICLOCK-Signal negativ
sind. Wie in dem Zeitdiagramm in 17C gezeigt,
ist das MUX_CLK-Signal 492' im Modus Zwei eine Abfolge
von positiven und negativen Impulsen unterschiedlicher Breiten.
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Wie in 16 gezeigt,
wird das MUX_CLK-Signal 492 einem Eingang 518 der
Decodiereinrichtung 494 zugeführt. Der Datenbus ist an einen
weiteren Eingang 519 der Decodiereinrichtung 494 angeschlossen. Das
MUX_CLK-Signal 492 ermöglicht
es der Decodiereinrichtung 494, seriell die Rahmennummern
vom Datenbus 46 während
der Zeitschlitze 1–4
zu empfangen. Der Ausgang der Decodiereinrichtung 494 hat
bis zu 16 einzelne Leitungen, um nacheinander eines der
Schieberegister 496, 498 und 500 in dem
Rahmen 62 freizugeben, der jedem Schieberegister zugeordnet
ist.
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Programmierung
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Die Logikschaltkreise des integrierten
Schaltkreises 80 werden mit einer vorgegebenen internen Gleichspannung,
vorzugsweise in etwa 9 Volt, betrieben. Wie in dem Blockschaltbild
in 2B gezeigt, hat der integrierte
Schaltkreis 80 einen Spannungsregler 520, dem
eine Eingangsgleichspannung Vcc von 12 bis
32 Volt zugeführt
wird, und der die interne Betriebsgleichspannung V oder Vref von in etwa 9 Volt erzeugt. Der Spannungsregler 520 ist
vom bekannten Typ und nicht Gegenstand der Erfindung: Der Signalweiterleitungsschaltkreis
des integrierten Schaltkreises 80 wird aktiviert, um Signale
durch das Datenverbindungsmodul 32 zu leiten, wenn Vcc sich innerhalb eines von zwei Spannungsbereichen
befindet. Vorzugsweise sind die beiden Spannungsbereiche in etwa
12–15
Volt und in etwa 18–32
Volt. Die Eingangsgleichspannung Vcc und
die Referenzspannung Vref werden einem Modulprogrammierer 232 zugeführt, der
im Blockschaltbild in 2B gezeigt
ist. Die anderen Eingangssignale, die dem Modulprogrammierer zugeführt werden,
sind das POR-Signal, das I-DATA-Signal,
das ICLOCK-Signal, das LONG RST-Signal, das ÷2ICLOCK-Signal und die Eingangssignale
des EEPROMs 354. Die Ausgangssignale vom Modulprogrammierer
sind ein Programmspannungs-Freigabesignal (PVE), ein Programm/Verifizierungs-Modussignal
(P/V_MODE), ein Programm/Verifizierungs-Datensignal (P/V_DATA) und Ausgangssignale
zum EEPROM 354.
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Der Modulprogrammierer 232 ist
in 12 detailliert gezeigt.
Der Modulprogrammierer hat eine Programmfreigabe umfassend einen
Spannungsteiler 530 mit drei Widerständen zum Erzeugen von zwei
Spannungen zwischen Vcc und Masse. Eine
der beiden dazwischenliegenden Spannungen wird einem positiven Eingang 531 eines
Spannungskomparators 532 zugeführt, an dessen anderen Eingang
Vref anliegt. Die andere der beiden Zwischenspannungen
wird einem negativen Eingang 533 eines weiteren Spannungskomparators 534 zugeführt, an
dessen anderen Eingang Vref anliegt. Beträgt Vcc in etwa zwischen 15,5–17,5 Volt, sind die Ausgänge der
beiden Spannungskomparatoren 532 und 534 hoch
und ein hohes PVE-Signal wird am Ausgang eines UND-Gatters 536 erzeugt.
Der Modulprogrammierer umfasst auch vier Flipflops 538, 540, 542 und 544,
einen 4-Bit-Zähler 546,
einen 5-Bit-Zähler
548, einen Seriell-Parallel-Wandler 550, einen Parallel-Seriell-Wandler 552,
ein Statusgerät 553 und
wenigstens elf Logikgatter 554–565, die im Folgenden
näher beschrieben
werden. Der 4-Bit-Zähler 546 wird
durch ein niedriges LONG RST-Signal freigegeben (welches angibt,
dass keine Taktsignale übertragen
werden) und zählt
15 Übertragungen
der Datenleitung während
Vcc zwischen 15,5 und 17,5 Volt ist. Der
4-Bit-Zähler 546 wird
durch eine Übertragung
des Taktsignals, das durch ein Verzögerungselement 566 und
ein Exklusiv-ODER-Gatter 555 erfasst wurde, gelöscht. Der
4-Bit-Ausgang des
Zählers 546 ist über ein
UND-Gatter 556 verknüpft,
um ein Flipflop 538 zu setzen. Das Flipflop 538 befindet sich
normalerweise in einem zurückgesetzten
Zustand, es sei denn, dass der integrierte Schaltkreis 80 programmiert
oder die Programmierung verifiziert werden soll, wobei in diesem
Fall das Flipflop durch den Ausgang des 4-Bit-Zählers 546 gesetzt
wird. Das normalerweise hohe LONG_RST-Signal wird einem Verzögerungselement 570 und
einem Gatter 557 zugeführt,
dessen Ausgang vorübergehend
bei jedem Übergang
ins Negative des LONG_RST-Signals
niedrig ist, wobei der Ausgang einem Drei-Eingangs-UND-Gatter 558 zugeführt wird.
Die anderen Eingänge
des Drei-Eingangs-UND-Gatters 558 sind ein PVE-Signal (ein hohes
PVE-Signal gibt an, dass der integrierte Schaltkreis 80 zur
Programmierung bereit ist) und ein Besetzt-Ende-Signal (EOB). Das
LONG RST-Signal muss vor dem Programmieren hoch sein. Jedoch wird
durch den vorübergehend
niedrigen Pegel am LONG_RST-Eingang das Flipflop 538 zurückgesetzt,
so dass eine Programmierung verhindert wird. Wenn die drei Eingänge zum
UND-Gatter 558 hoch sind, wird das Rücksetzsignal zum Flipflop 538 entfernt,
so dass einer der der Programmierung vorausgehenden Schritte beendet
ist. Darüber
hinaus ist es erforderlich, fünfzehn
Impulse auf der Datenbusleitung 46 zu empfangen, so dass
der integrierte Schaltkreis 80 für die Programmierung bereit
ist. Auf den Empfang von fünfzehn
Impulsen erzeugt der 4-Bit-Zähler 546 ein Ausgangssignal,
um das Flipflop 538 zu setzen. Der Q-Ausgang des Flipflops 538 wird
als PV_MODUS-Signal bezeichnet. Wie in dem Zeitdiagramm in 18A gezeigt, wechselt das
P/V_MODUS-Signal des Flipflops 538 an der Stelle 539 vom
niedrigeren Pegel in den höheren
Pegel. Ein hohes PV_MODUS-Signal gibt an, dass das Programmieren
oder Verifizieren durchge führt
wird. Durch einen niedrigen Q-Ausgang des Flipflops 538 wird
ein zweites Flipflop 540 gelöscht.
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Die Programmdaten werden in den integrierten
Schaltkreis 80 des Datenverbindungsmoduls 32 unter Verwendung
der Taktleitung 44 und des Datenbusses 46 geschoben.
Wie in dem Zeitdiagramm in den 18A–18C gezeigt, enthält der Datenstrom ein Programm/Verifizierungs-Bit
(P/V) und 32 Datenbits. Das erste Bit ist das P/V-Bit. Das P/V-Bit
ist bei der Programmierung niedrig; das P/V-Bit ist bei der Verifizierung hoch.
Das Flipflop 540 wird durch das ICLOCK-Signal freigegeben
und gesetzt, wenn das erste Programmierbit hoch ist. Die ersten
16 Bits enthalten die Adressen für
die Kanäle
A und B (jeweils acht Bits). Die nächsten 16 Bits enthalten die
Steuerungsfunktionen umfassend die Polarität der Ausgänge A bis C, die Polaritäten der Ausgänge B bis
C, die Modusauswahl, Kanal A einmal wiederholen, Kanal A zweimal
wiederholen, Kanal B einmal wiederholen, Kanal B zweimal wiederholen
und die Eingang-A/B-„hoch"-Auswahl.
Die „positiv wahr"-Daten
werden zu Beginn des Taktzyklus (die positive Flanke) auf die Datenleitung
gegeben und zum integrierten Schaltkreis bei 180° (negative Flanke) des Taktzyklus übertragen.
Wenn das P/V-Bit hoch ist, schieben die nächsten 32 Taktzyklen die Programmierdaten
auf die Datenleitung. Ein drittes Flipflop 542 erzeugt
ein COUNT_OF_ONE-Signal, das den 5-Bit-Zähler 548 freigibt, um bis 32
zu zählen,
welches die Anzahl der Programmierbits ist. Das dritte Flipflop 542 gibt
auch einen Seriell-Parallel-Wandler 550 frei, der seriell
die Daten vom Datenbus während
des Programmierens empfängt,
d. h., wenn R/W niedrig ist und SH_EN niedrig ist. Die Daten von
den EE-Zellen (nicht gezeigt) des EEPROMs 354 werden zu
einem Parallel-Seriell-Wandler 552 zurückgeführt, um von dem integrierten
Schaltkreis 80 über
ein UND-Gatter 559 und ein Ausgangs-ODER-Gatter 560 während des
Verifizierens und Programmierens extrahiert zu werden. Wenn der Q-Ausgang
des zweiten Flipflops 540 niedrig ist, wird ein UND-Gatter 561 freigegeben
und die EE-Zellen werden beschrieben. Wenn der Q-Ausgang des zweiten
Flipflops 540 hoch ist, wird das UND-Gatter 559 freigegeben
und die EE-Zellen
werden gelesen. Der Ausgang des UND-Gatters 559 wird einem
ODER-Gatter 560 zugeführt,
um Daten an den Daten-Steuerschaltkreis 420, in 14 gezeigt, weiterzuleiten.
Ein 5-Bit-Zähler 548 zählt 32 Taktzyklen,
so dass das UND-Gatter 565 freigegeben wird, das wiederum
das Gatter 561 freigibt. Wenn das UND-Gatter 561 freigegeben
ist, wird ein viertes Flipflop 544 für die Verwendung in einem Statusgerät 553 zeitgesteuert.
Der Ausgang des vierten Flipflops 544 führt dem Statusgerät 553 ein „Programm
bereit"-Signal (PROG_RDY) zu. Wie in dem Zeitdiagramm in 18C gezeigt, wird das PROG_RDY-Signal
während
des elektrisch löschbaren
Programmzyklus 574 hoch. Das Statusgerät 553 steuert das
Brennen der EE-Zellen durch einen Programmsteuerungs-Logikschaltkreis 572.
Das Statusgerät 553 hat
einen Ausgang OBUSY, der das Flipflop 544 über die
Gatter 562 und 563 und das Verzögerungselement 568 löscht. Jedes Datenbit
wird zu Beginn jedes Taktzyklus auf die Datenleitung 46 gegeben,
so dass es von einem Programmierer gelesen werden kann. Diese Daten
sind „negativ
richtig".
-
Die Programmier-Spannungsversorgung
des integrierten Schaltkreises 80 muss 16,5 Vdc +/- 1,0
Vdc sein. Vorzugsweise wird ein (nicht gezeigter) Pufferwiderstand
von 300 Ω zwischen
dem Bus und dem integrierten Schaltkreis 80 verwendet.
Der Spannungsverlust and diesem Widerstand beträgt in etwa 0,4 Vdc. Die Spannungsversorgung
kompensiert diesen Verlust.
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Die Spannungspegel für die beiden
Steuerleitungen (Taktleitung 44 und Datenleitung 46)
bewegen sich zwischen dem Bus-Massepotential und der internen Betriebsspannung
V des integrierten Schaltkreises 80. Diese Spannung beträgt vorzugsweise
9 Volt. Ein (nicht gezeigter) Widerstand von 100 kΩ ist Teil
jedes Eingangsfilters 188 und 186 jeweils für die Taktleitungen 44 und
die Datenleitung 46. Diese Widerstände werden auch zum Schutz
des Eingangs des integrierten Schaltkreises 80 verwendet.
Somit ist ein Eingangssignal von mehreren hundert Volt möglich, ohne
den integrierten Schaltkreis 80 zu beschädigen oder
eine Betriebsstörung
herbeizuführen.
Damit der Programmier-Taktgeber und die Datensignale mit dem Datenverbindungsmodul
nach dem Stand der Technik, der in dem zuvor genannten Patent von
Riley beschrieben wurde, kompatibel ist, wird ein Signal von 12
Volt verwendet. Während
des Programmierens beträgt
die Taktfrequenz zwischen 25 kHz und 30 kHz. Die Taktfrequenz wird
zur Zeitsteuerung betreffend das Beschreiben des EEPROMs 354 verwendet.
-
Wie in dem Zeitdiagramm für den Programmzyklus
in 18C gezeigt, benötigt, nachdem
die Daten in den integrierten Schaltkreis 80 geschoben
wurden, der elektrisch löschbare
Programmzyklus 574 zwei Zyklen von jeweils 200 ms. Der
erste Zyklus ist ein Löschzyklus
und der zweite Zyklus die Programmierung des EEPROMs 354.
Der Ausgang des Vier-Eingangs-UND-Gatters 564 wird dem
Freigabetakteingang des Seriell-Parallel-Wandlers 550 zugeführt. Die
Programmierdauer für
jeden integrierten Schaltkreis 80 beträgt in etwa 500 ms.
-
Das Verfahren zur Programmierung
des Datenverbindungsmoduls über
die Datenbusleitung 46 und die Mastertaktleitung 44 umfasst
den Schritt Eins des Abführens
der Energie vom Datenverbindungsmodul 32, den Schritt Zwei
des Anlegens einer Gleichspannung von 15,5 bis 17,5 Volt an den
Vcc-Anschluss des Datenverbindungsmoduls 32,
den Schritt Drei des Wartens für
eine bestimmte Zeitdauer auf die Energie des Rücksetzschaltkreises 190,
um ein niedriges POR-Signal zu erzeugen, den Schritt Vier des Haltens
des CLOCK-Signals auf dem höheren
Pegel für
eine vorgegebene Zeitdauer, wie bei 70 in 18A zu sehen ist, vorzugsweise für wenigstens
5 Mikrosekunden, und anschließend,
während
das CLOCK-Signal auf dem höheren
Pegel gehalten wird, des gleichzeitig fünfzehn mal Wechseln zwischen
dem höheren
Pegel und dem niedrigeren Pegel, den Schritt Fünf des Zuführens des Mastertaktsignals 85 dem
Mastertaktanschluss 84 des Datenverbindungsmoduls 32 und
des Wartens für
eine bestimmte Anzahl von Zyklen des OSC-Signals, um bei LONG RESET
den höheren
Pegel anzunehmen, den Schritt Sechs des Sendens eines logischen
hohen P/V-Bits 578, wie in 18B gezeigt, über die
Datenleitung 46, den Schritt Sieben des Sendens von 32
Bits von Programmdaten über
die Datenleitung 46, den Schritt Acht des Wartens für eine bestimmte
Zeit auf das Statusgerät 553 und
den Programmiersteuer-Logikschaltkreis 572 zum „Brennen"
der programmierten Bits in den jeweiligen Zellen des EEPROMs 354.
Die Details des Statusgeräts 553 und
des Programmsteuer-Logikschaltkreises 572 sind nach dem
Stand der Technik bekannt und nicht Bestandteil der Erfindung. Den
Schritt Neun des Zuführens eines
Gleichstroms am Vcc-Anschluss bei einer
Spannung oberhalb 17,5 Volt oder unterhalb 15,5 Volt. Den Schritt
Zehn des Betreibens des Datenverbindungs moduls 32 gemäß der Programmierung.
Zwischen Schritt Sechs und Schritt Sieben hat der Programmierer
des Modulprogramms 232 in vorteilhafter Weise die Möglichkeit,
für eine
unbestimmte Zeitdauer zu pausieren, um die eigentliche Programmierung
vorzubereiten. Diese Zeitdauer ist in dem Zeitdiagramm gezeigt,
wie in den 18A und 18B als Intervall 576 dargestellt.
Die eigentliche Programmierung wird vorzugsweise mittels einer Handprogrammiereinrichtung
durchgeführt,
deren Details bekannt sind und nicht Bestandteil der Erfindung sind.
Durch die zuvor genannten Schritte wird sichergestellt, dass das
Datenverbindungsmodul nicht unbeabsichtigt durch Störungen auf
der Datenleitung 46 programmiert wird.
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Wie in dem Zeitdiagramm in den 18D–18F gezeigt ist, ist das Verfahren des
Verifizierens der Programmierung des Datenverbindungsmoduls ähnlich dem
Verfahren des Programmierens, jedoch mit Ausnahme des Schritts Sechs
des Sendens eines logisch niedrigen P/V-Bits 596, wie in 18E gezeigt, über die Datenleitung 46,
und des Schritts Sieben des Empfangs von 32 Bits des Programms über die
Datenleitung 46 über
die P/V_DATA-Leitung und den DATA_DRIVE-Ausgang.
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Eingabe-/Ausgabe-Worterweiterungseinrichtung
-
Anders als bei bekannten Datenverbindungsmodulen überträgt das Datenverbindungsmodul 32 wahlweise
entweder einzelne Datenbits oder Mehrbit-Datenwörter, vorzugsweise 8-Bit- bis
16-Bit-Datenwörter,
von einer Eingabeeinrichtung 50 auf den Datenbus 56 oder
vom Datenbus an die Ausgabeeinrichtung 54. Wie in 15 gezeigt, hat das Datenverbindungsmodul 32 einen
integrierten Schaltkreis 80 und vorzugsweise zwei Schieberegister 588 und 590.
Das Schieberegister 588 ist vorzugsweise ein 16-Bit-Parallel-Seriell-Schieberegister
zum parallelen Datenempfang von einer 16-Bit-Eingabefeldeinrichtung 580 und
zum seriellen Übertragen
dieser Daten auf den Datenbus 46. Das Schieberegister 590 ist
vorzugsweise ein 16-Bit-Seriell-Parallel-Schieberegister
zum parallelen Übertragen
von Daten an eine 16-Bit-Ausgabefeldeinrichtung 582.
Das in 15 gezeigte Datenverbindungsmodul 32 wird
entweder als ein Eingabemodul, als ein Ausgabemodul oder, wenn es
im Modus Zwei betrieben wird, gleichzeitig sowohl als Eingabe- als
auch als Ausgabemodul verwendet.
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Anders als bei integrierten Schaltkreisen
von Datenverbindungsmodulen nach dem Stand der Technik umfasst das
Datenverbindungsmodul 32 einen Einschiebetakt-Anschluss 104,
an dem das wiederhergestellte Mastertaktsignal 85 während einer
Zeitdauer 453, wie in den 17A-17D gezeigt,
zwischen einem Adresse-A-Zeitschlitz 422 und
einem Adresse-B-Zeitschlitz 424 anliegt. Darüber hinaus
hat der integrierte Schaltkreis 80 einen Ausschiebetakt-Anschluss 106,
an dem im Falle des Modus Eins ein invertiertes Mastertaktsignal 85 während des
Zeitintervalls 453 zwischen dem Adresse-A-Zeitschlitz 422 und
dem Adresse-B-Zeitschlitz 424 anliegt. Ein Worterweiterungs-Schaltkreis 430,
in 2A zu sehen, erzeugt
ein SHIFT_CLK_IN-Signal
und ein SHIFT_CLK_OUT-Signal jeweils an den Ausgangsanschlüssen 104 und 106 des
integrierten Schaltkreises 80.
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Der Worterweiterungs-Schaltkreis 430,
der in 13 detailliert
gezeigt ist, hat sechs Eingangsanschlüsse 431-436 und zwei
Ausgangsanschlüsse 437 und 438.
Ein Modus-Steuerschaltkreis 440 erzeugt ein MODE_CLK-Signal,
das dem ICLOCK-Signal entspricht, wenn die EE-Zelle 441 niedrig
ist, und entspricht einem ÷2ICLOCK-Signal, wenn die
EE-Zelle 441 hoch ist. Der Worterweiterungs-Schaltkreis 430 umfasst
ein Daten-Flipflop 450, das durch ein SYNC-Signal zu Beginn
jedes Rahmens 62 gelöscht
wird. Das Flipflop 450 hat normalerweise einen niedrigen
Ausgang 451 infolge des auf Masse gelegten Eingangs 452.
Das COIN_A-Signal setzt das Flipflop und erzeugt am Ausgang 451 den
höheren
Pegel. Der Ausgang 451 bleibt hoch, bis das COIN_B-Signal
auftritt.
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Der Ausgang 451 des Flipflops 450 wird
einem UND-Gatter 455 zusammen mit dem MODE_CLK-Signal zugeführt. Der
Ausgang 444 des UND-Gatters 455 erzeugt das SHIFT_CLK_OUT-Signal
und ist eine Reproduktion des ÷2ICLOCK-Signals
während
des Betriebs im Modus Zwei.
-
Der Worterweiterungs-Schaltkreis 430 hat
auch ein UND-Gatter 460 mit drei Eingängen 445–447.
Ein OUTPUT_WINDOW-Signal 121 wird dem Eingang 447 des
UND-Gatters 460 zugeführt. Das OUTPUT_WINDOW-Signal
wird vom Fenstersteuerschaltkreis 120, der in dem Blockschaltbild
in 2A gezeigt ist, erzeugt. 13 zeigt darüber hinaus
detailliert einen Teil des Fenstersteuerschaltkreises 120,
der das OUTPUT_WINDOW-Signal erzeugt. Das OUTPUT_WINDOW-Signal ist
beim Betrieb im Modus Eins immer niedrig, so dass das UND-Gatter 460 kontinuierlich
freigegeben wird. Während
des Betriebs im Modus Zwei ist das OUTPUT_WINDOW-Signal nur während der
zweiten Hälfte
des ÷2ICLOCK-Zyklus
niedrig, so dass das UND-Gatter 460 nur
während
der zweiten Hälfte
des ÷2ICLOCK-Zyklus
freigegeben wird. Das ICLOCK-Signal wird dem Eingang 458 des
UND-Gatters 460 zugeführt,
so dass das UND-Gatter nur während
der zweiten Hälfte
jedes ICLOCK-Zyklus freigegeben wird. Folglich ist im Modus Zwei
der Ausgang 461 des UND-Gatters 460 eine Abfolge
von positiven und negativen Impulsen unterschiedlicher Breiten,
die am Zeitschlitz A 422' beginnen und am Zeitschlitz B 424' enden.
Der Ausgang 461 des UND-Gatters 460 erzeugt das SHIFT_CLK_IN-Signal.
Das SHIFT_CLK_IN-Signal, das beim Betrieb im Modus Zwei erzeugt
wird, ist in den 17C und 17D gezeigt.
-
In Bezug auf 15 werden die Ausgangssignale einer Steuerungsfeldeinrichtung 580 den
Eingangsanschlüssen
eines synchronen Parallel-Seriell-Schieberegisters 588 zugeführt. Der
MODE/SYNC-Ausgangsanschluss 110 des integrierten Schaltkreises 80 ist
an den „high/load"-(SH/LD)-Schiebeanschluss 584 des
Parallel-Seriell-Schieberegisters 588 angeschlossen.
Der SYNC-Impuls 196 am MODE/SYNC-Ausgangsanschluss 110 steuert
den Ladevorgang des Schieberegisters 588. Ein Anschluss 106 des
Schiebetaktausgangs (SCO) des integrierten Schaltkreises 80 ist
an den Taktanschluss 585 des Parallel-Seriell-Schieberegisters 588 angeschlossen.
Der DATA OUT-Anschluss 586 des Parallel-Seriell-Schieberegisters 588 ist
an den Datenbus 46 über
ein ODER-Gatter 598 und einen FET 600 angeschlossen.
Die Daten im Parallel-Seriell-Schieberegister 588 werden
auf den Datenbus 46 bei der ansteigenden Flanke jedes SCO-Impulses übertragen.
Die abfallende Flanke jedes SCO-Impulses erscheint zu Beginn jedes
Zeitschlitzes 65.
-
Der Datenbus 46 ist an den
DATA_IN-Anschluss 592 des synchronen Seriell-Parallel-Schieberegisters 590 angeschlossen.
Das synchrone Seriell-Parallel-Schieberegister 590 wird
durch das Einschiebetaktsignal (SCI) getaktet, das bei 594 zum Kopieren
von Daten vom Datenbus 46 bei abfallender Flanke jedes
SCI-Impulses zugeführt wird.
Die absteigende Flanke jedes SCI-Impulses tritt nach der Hälfte eines
Mastertaktzyklus 85 nach dem Auftreten der abfallenden
Flanke jedes SCO-Impulses auf. Die Ausgangssignale des Seriell-Parallel-Schieberegisters 590 werden
den Eingangsanschlüssen
einer Feldeinrichtung 582, die vom Datenverbindungsmodul 32 gesteuert
wird, zugeführt.
-
Im Modus Zwei werden Daten vom Parallel-Seriell-Schieberegister 588 während der
ersten Hälfte
des Mastertaktzyklus 85 auf den Datenbus 46 kopiert
und Daten vom Datenbus in das Seriell-Parallel-Schieberegister 590 während der
zweiten Hälfte
des Taktzyklus kopiert. Wie in dem Zeitdiagramm in den 17C und 17D gezeigt, ist im Modus Zwei das SCO-Signal
ein invertiertes Mastertaktsignal 85 und das SCI-Signal
eine Pulsabfolge von positiven und negativen Impulsen unterschiedlicher
Breiten. Die unterschiedlich breiten Impulse werden infolge des
OUTPUT_WINDOW-Signals dem SCI-UND-Gatter 460 zugeführt, wie
in 13 gezeigt. Der Zweck
der unterschiedlichen Breiten der SCI-Impulse besteht darin, zu
gewährleisten,
dass die abfallende Flanke jedes SCI-Impulses innerhalb der zweiten
Hälfte
des Modus-Zwei-Zeitschlitzes 67 auftritt.
-
Hochspannungs-Schutzschaltkreis
-
Anders als bei bekannten Datenverbindungsmodulen
werden durch den integrierten Schaltkreis 80 des Datenverbindungsmoduls
jeweils die Kanal-A- und Kanal-B-Eingangssignale
vom Datenbus 46 isoliert. Anders als beim Stand der Technik
steuern die den Eingangsanschlüssen 94 und 96 des
integrierten Schaltkreises 80 zugeführten Signale nicht die Busspannung
durch das Steuern eines internen Transistors. Stattdessen umfasst
der integrierte Schaltkreis 80 einen Datensteuerungs-Ausgangsanschluss 112 zum
Anschließen an
einen externen Transistors 600, wie in
-
1 gezeigt,
um den Bus auf den niedrigen Spannungspegel zu bringen. Wie in dem
Blockschaltbild in 2A gezeigt,
erzeugt der Datensteuerschaltkreis 420 ein DATA_DRIVE-Signal.
Wie in 14 gezeigt, umfasst
das Datenverbindungsmodul 32 einen integrierten Schaltkreis 80 und
einen Transistor 600, der außerhalb des integrierten Schaltkreises
vorgesehen ist. Ein Widerstand 602, vorzugsweise 100 kΩ, ist am
Datenbus-Eingangsanschluss 86 vorgesehen, um den Strom
in den integrierten Schaltkreis 80 zu begrenzen. Der Datensteuerschaltkreis 420 besteht
aus einem Drei-Eingangs-ODER-Gatter 604 mit einem Eingang
P/V DATA, einem Eingang IN-PUT
DATA A und einem Eingang INPUT DATA B. Das Signal am Ausgangsanschluss 606 des
ODER-Gatters 604 wird durch einen Widerstand 608 geleitet
und steht außerhalb
des integrierten Schaltkreises 80 als DATA DRIVE-Signal 610 an
einem Datensteueranschluss 112 zur Verfügung. Das DATA DRIVE-Signal 610 steuert
den externen Transistor 600. In 14 ist ein Feldeffekttransistor 600 (FET)
gezeigt; jedoch kann alternativ ein Bipolartransistor verwendet
werden. Der Datenbus-Steuerausgang 610 ist an den Gate-Anschluss 612 des
FET-Transistors 600 angeschlossen. Der Source-Anschluss 614 des
FET-Transistors 600 ist über einen Widerstand 616,
vorzugsweise einen Widerstand über
10 Ω, an
den Datenbus 46 angeschlossen. Der Drain-Anschluss 618 des
FET-Transistors 600 ist an Masse 48 gelegt. Der
Transistor 600 wird nicht als Verstärker, sondern als Schalter
verwendet.
-
Während
des Zeitschlitzes 422, der dem Kanal A zugeordnet ist,
ist das IN-PUT DATA
A-Signal hoch. Das hohe INPUT DATA A-Signal versetzt das Datenbus-Steuersignal
in den hohen Zustand, wodurch der FET-Transistor 600 leitend
wird. Wenn der FET-Transistor 600 leitend ist, wird die
Datenbusspannung von in etwa 9,0 Volt, das einem logischen „low" oder
einer logischen Null entspricht, auf in etwa 0,7 Volt, was einem logischen „high"
oder einer logischen Eins entspricht, reduziert. In ähnlicher
Weise wird durch ein hohes INPUT DATA B-Signal und ein hohes P/V_DATA-Signal
der FET-Transistor 600 leitend.
-
Durch den externen Transistor 600 ist
der integrierte Schaltkreis 80 des Datenverbindungsmoduls 32 in
vorteilhafter Weise für
höhere
Datenbusspannungen und Datenbusströme als der interne Transistor
des integrierten Schaltkreises nach dem Stand der Technik, ohne
einen Zusammenbruch, ausgelegt. Darüber hinaus wird der externe
Transistor 600, wenn er einer sehr hohen Busspannung ausgesetzt
wird, zerstört
und zu einer Niedrigimpedanz-Quelle und schützt den relativ teueren integrierten
Schaltkreis 80 vor Zerstörung. Der externe Transistor 600 wird
in vorteilhafter Weise zerstört,
wenn die Busspannung in etwa 60 Volt erreicht, so dass der integrierte
Schaltkreis 80, der mindestens 60 Volt auf dem Bus 46 standhalten
kann, geschützt
wird. Der externe Transistor 600 kann in einfacher Weise
und kostengünstig
im Falle einer Beschädigung
ersetzt werden. Dagegen ist es relativ teuer und schwieriger, den
integrierten Schaltkreis 80 auszutauschen.
-
Datenbusintegritätsprüfer
-
In Bezug auf die 15 und 16 hat
das Datenverbindungsmodul 32 einen Datenbusintegritätsprüfer 630 zum
Feststellen der Integrität
des Datenbusses 46. Wenn der Integritätsprüfer 630 das Vorhandensein
eines Fehlers feststellt, verhindert der Prüfer 630 den integrierten
Schaltkreis 80 des Datenverbindungsmoduls 32,
Datensignale 87 und Taktsignale 85 jeweils vom
Datenbus 46 und vom Taktbus 44 zu empfangen. Der
Prüfer 630 spricht
auf drei Arten von Fehlern an: auf einen Erdungsfehler, auf einen
Fehler der Betriebsspannung einschließlich eines Fehlers betreffend
irgendeiner Spannung zwischen der Betriebsspannung und Masse, und
auf einen schwimmenden Fehler oder „offener Bus"-Fehler. Der
Prüfer 630 ist
an den Modulen 32, die als Ausgabemodule 56 dienen,
wie z. B. das in 16 gezeigte
Datenverbindungsmodul 32, und an Modulen, die sowohl als
Eingabemodule 52 als auch als Ausgabemodule 56,
wie z. B. die in 15 gezeigten
Datenverbindungsmodule 32, vorgesehen. Alternativ kann
der Prüfer 630 jedoch
an allen Modulen 32 vorgesehen sein, ist jedoch an Eingabemodulen 52 nicht
wirksam.
-
Bei der bevorzugten Ausführungsform
ist der Prüfer 630 außerhalb
des integrierten Schaltkreises 80 vorgesehen und am Datenverbindungsmodul 32 angebracht.
In Bezug auf 16 weist
der Prüfer 630 drei Eingangsanschlüsse auf:
einen Anschluss 632 zum Empfangen von Signalen 87 vom
Datenbus 46, einen Anschluss 634 zum Empfangen
von Signalen 85 vom Taktbus 44, und einen Anschluss 636 zum
Empfangen des MODE/SYNC-Signals 456 vom integrierten Schaltkreis 80.
Der Prüfer 630 hat
zwei Ausgangsanschlüsse:
einen Anschluss 638 zum Anschließen an den Datenanschluss 86 des
integrierten Schaltkreises 80, und einen Anschluss 640 zum
Anschließen
an den Taktanschluss 84 des integrierten Schaltkreises 80.
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Der Prüfer 630 arbeitet während der
SYNC-Periode 58 zwischen jedem Zeitrahmen 62,
wie in 21 gezeigt. Die
SYNC-Periode 58 wird vom Mastertaktmodul 36 erzeugt,
wenn das Mastertaktmodul periodisch das Übertragen von Taktimpulsen
auf den Taktgeberbus 44 unterbricht. Ein Datenbus 46 funktioniert
korrekt bei einer relativ hohen positiven Spannung (vorzugsweise
9–12 Volt),
wenn keine Datensignale 87 auf dem Datenbus vorhanden sind.
Der Prüfer 630 arbeitet
mit dem Mastertaktmodul 36 zusammen. Das Mastertaktmodul 36 trainiert
den Datenbus 46 während
jeder SYNC-Periode 58 dadurch, dass er den Datenbus für ein Intervall 648,
in 20A gezeigt, in den
niedrigeren Zustand versetzt und anschließend den Datenbus in seinen
normalen hohen positiven Spannungszustand zurückkehren lässt. Wenn das Mastertaktmodul 36 den
Datenbus 46 in den niedrigeren Zustand versetzt, simuliert
es das Vorhandensein eines Signals 87' auf dem Datenbus,
wie in 20A gezeigt.
Die Dauer des Intervalls 648 ist unkritisch, jedoch ist
das Intervall 648 ausreichend, um alle logischen Elemente
zu stabilisieren, jedoch nicht länger
als eine halbe SYNC-Periode 58. Der Schaltkreis am Mastertaktmodul 36,
das den Datenbus in den niedrigeren Zustand versetzt, ist bereits
bekannt und nicht Teil der Erfindung. Beim Betrieb im Modus Zwei
führt die
(nicht gezeigte) Computerinterfacekarte den Vorgang zum Versetzen
des Datenbusses 46 in den niedrigeren Zustand anstelle
des Taktgebermoduls 36 aus.
-
Der Datenbusprüfer 630 sucht während der
SYNC-Periode 58 zwischen jedem Zeitrahmen 62 nach dem
simulierten Signal 87'. Der Prüfer 630 ermöglicht den
Normalbetrieb, wenn das simulierte Datenbus-Signal 87' erfasst
wird. Jedoch verhindert der Prüfer 630,
dass das Datenverbindungsmodul 32, an dem er angebracht
ist, die an dieses Modul gerichteten Datensignale 87 zu
empfangen, wenn das simulierte Signal 87 nicht erfasst
wird. Der Prüfer 630 hat
auch eine Anzeigeeinrichtung 642, um den Bediener des Steuerungssystems 30 über den
Zustand auf der Datenbusleitung 633, die zu dem Datenverbindungsmodul 32 führt, an
dem der Prüfer
angebracht ist, zu informieren. In diesem Zusammenhang ist die Datenbusleitung 633,
in 1 zu sehen, eine
Verzweigung des Datenbusses 46.
-
Der Schaltkreis 631 des
Datenbusintegritätsprüfers 630 ist
in 19 detailliert gezeigt. Die beiden Eingänge 646 und 647 eines
Zwei-Eingangs-NAND-Gatters 644 sind an den Datenbus 46 angeschlossen;
jedoch ist ein Verzögerungselement
mit einem logischen Inverter 652 zwischen dem Datenbus 46 und
einem 647 der beiden Eingänge des NAND-Gatters vorgesehen.
Der Ausgangsanschluss 654 des NAND-Gatters 644 ist an den S-Eingangsanschluss 656 eines
RS-Flipflops 658 angeschlossen. Wenn die Datenbusspannung
vom niedrigeren Pegel in den höheren
Pegel übergeht,
setzt ein relativ kurzer Impuls am Ausgang des NAND-Gatters 644 das
RS-Flipflop 658. In ähnlicher
Weise erzeugen ein weiteres NAND-Gatter 660 und eine weitere
Verzögerungselement/Inverter-Einrichtung
662 einen weiteren relativ kurzen Impuls bei jedem „niedrig-nach-hoch"-Übergang
des Mastertaktsignals 85. Ein Ausgangsanschluss 666 des
anderen NAND-Gatters 660 ist an den R-Eingangsanschluss 668 des RS-Flipflops 658 angeschlossen.
Das RS-Flipflop 658 wird bei jedem Taktzyklus 61 zurückgesetzt.
Es wurde jedoch festgelegt, dass während der SYNC-Periode 58 keine Taktzyklen
vorhanden sind. Die beiden NAND-Gatter 644 und 660 und
die beiden Verzögerungselemente 650 und 662 sind „schmitt-getriggert",
um hysterese-ähnlich
zu arbeiten, um die langsame Anstiegszeit des Datensignals 87 und
des Taktsignals 85 auszugleichen und um die Störsignale
auf dem Datenbus 46 und dem Taktbus 44 zu beseitigen.
-
Ein synchrones Daten-Flipflop 670 ist
mit seinem D-Eingangsanschluss 672 an die positive Spannung einer
(nicht gezeigten) Energieversorgung angeschlossen, so dass das Flipflop 670 immer
dann gesetzt wird, wenn der Taktgeber-Eingangsanschluss 674 zum
Flipflop 670 hoch wird. Der Taktgeber-Eingangsanschluss 674 ist
flankenempfindlich und reagiert nur auf eine ansteigende Flanke
des Signals. Eine Leitung 676 ist zwischen der Verzögerungselement/Inverter-Einrichtung 662 und
einem Takteingang 674 des Flipflops 670 angeschlossen.
Folglich wird das Flipflop
670 bei jedem „hoch-zu-niedrig"-Übergang
des Mastertaktsignals 85 gesetzt. Wenn das Flipflop 670 gesetzt
ist, erscheint ein Signal XSYNC 664, wie in den 20A und 20B gezeigt, an einem Q-Ausgangsanschluss 665 des
Flipflops 670.
-
Beim Hochfahren wird das Flipflop 670 zunächst asynchron
von einem lokalen Einschalt-Rücksetz-Schaltkreis 696,
aufweisend eine Diode 678, einen Widerstand 680 und
einen Kondensator 682, der an den Einstell-Anschluss (PRE) 683 des
Flipflops angeschlossen ist, gesetzt. Der integrierte Schaltkreis 80 erzeugt
einen SYNC-Impuls 196 an
seinem MODE/SYNC-Anschluss 110 während der SYNC-Periode 58.
Ein UND-Gatter 684 erzeugt zusammen mit einer Verzögerungselement/Inverter-Einrichtung 886 einen
Rücksetzimpuls 688,
in den 20A und 20B gezeigt, am Ausgang 685 des
UND-Gatters bei einem „niedrig-nach-hoch"-Übergang
des SYNC-Impulses 196.
Der Rücksetzimpuls 688 wird
einem asynchronen Lösch-Anschluss
(CLR) 689 des Flipflops 670 zugeführt. Folglich
wird das Signal XSYNC, das am Ausgang Q 674 des Flipflops 670 erzeugt
wird, in Reaktion auf den SYNC-Impuls 196 des MODE/SYNC-Anschlusses
110 des integrierten Schaltkreises 80 niedrig. Beim nächsten „niedrig-nach-hoch"-Übergang
des Signals am Taktanschluss 674 des Flipflops 670 (das
beim „hoch-nach-niedrig"-Übergang
des Mastertaktsignals 85 auftritt) wird das Flipflop wieder
gesetzt und bleibt bis zum nächsten
Zeitrahmen 62 gesetzt.
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Ein zweites Datenflipflop 690 ist
mit seinem D-Eingangsanschluss 692 an den Q-Ausgangsanschluss 694 des
RS-Flipflops 658 angeschlossen. Das zweite Datenflipflop 690 ist
mit seinem Taktanschluss 696 an den Q-Ausgangsanschluss 674 des
Datenflipflops 670 angeschlossen. Der asynchrone Löschanschluss (CLR) 698 des
zweiten Daten-Flipflops 690 ist an den lokalen Einschalt-Rücksetz-Schaltkreis 676 angeschlossen.
Beim Hochfahren wird das Flipflop 690 zurückgesetzt
und an seinem Q-Ausgangsanschluss 702 liegt der niedrigere
Pegel. Folglich leuchtet beim Hochfahren eine licht-emittierende
Diode (LED) 704, die zwischen dem positiven Spannungspegel
der Energieversorgung und dem Q-Anschluss 702 angeschlossen
ist. Zusätzlich
wird beim Hochfahren ein Q-Ausgangsanschluss 706 hoch,
so dass der positive Spannungspegel der Energieversorgung auf der
Seite des Flipflops 690 der beiden Dioden 708 und 710 angelegt
wird.
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Das zweite Daten-Flipflop 690 tastet
den Zustand des Q-Ausgangsanschlusses 694 des RS-Flipflops 658 am
Ende jeder SYNC-Periode 58 ab. Wenn eine ansteigende Flanke
auf dem Datenbus 46 durch das erste Daten-Flipflop 670 während der
SYNC-Periode 58 erfasst
wird, wird der Q-Ausgangsanschluss 702 des zweiten Daten-Flipflops 690 auf
dem höheren
Pegel gesperrt, wodurch die Dioden 708 und 710 umgekehrt
vorgespannt werden und der Normalbetrieb des Datenverbindungsmoduls 32 ermöglicht wird.
Die LED 704 bleibt ausgeschalten. Wird jedoch keine ansteigende
Flanke erfasst, wird der Q-Ausgangsanschluss 702 des zweiten
Daten-Flipflops 690 auf dem niedrigeren Pegel gesperrt.
Das Fehlen einer ansteigenden Flanke ist charakteristisch für einen
Fehler auf dem Datenbus 46. Durch den niedrigen Q-Ausgang wird die
LED 704 in den Leuchtzustand versetzt. Die Diode 708 ist
zwischen dem Q-Anschluss 706 des Flipflops 690 und
dem Datenbus-Eingangsanschluss 86 des integrierten Schaltkreises 80 angeschlossen.
Die Diode 710 ist zwischen dem Q-Anschluss 706 des
Flipflops 690 und dem Taktbus-Eingangsanschluss 84 des
integrierten Schaltkreises 80 angeschlossen. Wenn auf dem
Datenbus 46 eine Störung
vorliegt, wird der Q-Anschluss 706 des Flipflops 690 hoch.
Ein hoher Q-Ausgangsanschluss 706 versetzt die beiden Dioden 708 und 710 in
den leitenden Zustand, wenn die Leitungen des Taktbusses 44 und
des Datenbusses 46 versuchen, den niedrigeren Pegel anzunehmen.
Wenn die Diode 708 leitend ist, bleibt der Datenbus-Eingangsanschluss 86 des
integrierten Schaltkreises 80 auf dem höheren Spannungspegel, der charakteristisch
ist für
ein Fehlen des Datensignals 87. Es wird folglich unmittelbar
verhindert, dass der integrierte Schaltkreis 80 auf Signale 87 auf
dem Datenbus 46 anspricht. Anders als beim Stand der Technik
liegt beim Erfassen eines Fehlers und Verhindern des Empfangs von
Datenbussignalen 87 des Datenverbindungsmoduls 32 keine
wesentliche Verzögerung
vor. Folglich unterbricht, anders als beim Stand der Technik, das
Datenverbindungsmodul 32 unmittelbar das Erzeugen von Steuersignalen
zum Steuern einer oder mehren Ausgabeeinheiten, die an das Datenverbindungsmodul 32 angeschlossen
sind. Dies ist vorteilhaft, da irgendwelche Signale 87 auf
dem Datenbus 46 möglicherweise
aufgrund des Fehlerzustands auf dem Datenbus fehlerhaft sind. Wenn
die Diode 710 leitend ist, bleibt der Taktbus-Eingangsanschluss 84 des
integrierten Schaltkreises 80 auf dem höheren Spannungspegel, so dass
lediglich auf dem einen Datenverbindungsmodul 32 das Mastertaktsignal 85 fehlt.
Der Taktverlust-Erfassungsschaltkreis 240, der im integrierten
Schaltkreise 80 vorgesehen ist, schaltet den integrierten
Schaltkreis ab, kurz nachdem der Prüfer 630 beginnt, zu
verhindern, dass der integrierte Schaltkreis das Mastertaktsignal 85 empfängt.
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Obwohl die bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung detailliert beschrieben wurde, können selbstverständlich eine
Reihe von Veränderungen
vorgenommen werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung, wie in
den anhängigen
Ansprüchen
festgelegt, zu verlassen.